南湖新闻网讯（通讯员 董潇潇）近日，我校油菜团队联合崖州湾国家实验室、西南大学和南京农业大学在Plant Communications发表了题为“Rapeseed root phospholipid metabolism orchestrates low phosphorus-induced microbiome changes and the interaction with beneficial Massilia”的研究论文。该研究整合遗传学、微生物学与代谢组学研究方法，以油菜缺磷响应磷脂酶突变体为材料，探究低磷胁迫下宿主磷脂代谢对根系微生物群落组装的调控效应，鉴定出参与该互作过程的核心微生物与植物源代谢物，构建了养分胁迫下根系脂质代谢介导植物-微生物互作的分子机制框架。

磷是保障作物生长发育的必需营养元素，土壤有效磷缺乏是限制作物高产的关键因素之一。根系微生物可促进土壤矿物磷溶解与有机磷释放，在提升土壤磷素生物有效性方面发挥重要功能。细胞膜富含多种脂质组分，是植物与根际微生物进行物质交换与信号交流的关键界面。膜脂重塑是植物适应低磷逆境的重要生理策略，其中植物内源非特异性磷脂酶C(NPC4)与磷脂酶D(PLDζ2)介导了磷脂向非磷脂的转化，释放脂质磷以供植株重新利用，是植物低磷期间磷素主要来源之一。然而，磷脂酶介导的脂质代谢是否通过调控根际微生物群落，进而参与植物的低磷胁迫响应过程还未知。

本研究发现，低磷条件下磷脂酶基因NPC4和PLDζ2功能缺失会显著抑制油菜根系的生长，同时显著降低植株体内游离磷与总磷含量。根系微生物组分析结果表明，磷脂酶突变能够显著降低低磷条件下油菜根内菌群的α多样性，且磷素供应水平与宿主基因型共同驱动了根系微生物群落的结构与组成变化。差异丰度分析鉴定出马赛菌属（Massilia）是受宿主磷脂酶遗传调控的关键根系微生物，该菌群在野生型根系中的相对丰度显著高于突变体，且其丰度与植株生长指标呈显著正相关。

通过体外分离培养并构建低磷油菜根内微生物菌库，获得5株马赛菌菌株。结合低磷平板培养、灭菌土壤栽培及大田接种试验发现，M.p（Massilia phosphatilytica）菌株具备良好的田间适应性与促生应用潜力，而M.a（Massilia arvalis）菌株在土壤环境中对油菜生长存在抑制作用。比较基因组学分析表明，促生型马赛菌菌株遗传背景高度同源，且与非促生菌株在脂质代谢相关基因集上存在显著差异。脂质组学分析发现，接种M.p可显著提高油菜根系磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）等磷脂的含量，进一步验证菌株分泌代谢物是其发挥促生作用的主要介质。代谢物分析结果显示，M.p分泌的磷脂类物质含量显著高于非促生菌株M.a，且外源添加LPE18:0可有效缓解油菜低磷胁迫症状。为进一步解析油菜根系招募马赛菌的机制，本研究开展根系代谢组分析，结果表明低磷胁迫下野生型油菜根系的甘油酸含量显著高于磷脂酶突变体。体外培养实验证实，甘油酸可作为有效碳源，促进马赛菌的生长增殖。

低磷条件下油菜根系-马赛菌互作机制

本研究证实，油菜磷脂酶介导的磷脂代谢通路可通过调控根系分泌物组分，特异性招募有益马赛菌，进而提升植株磷素吸收效率、促进植株生长。该研究阐明了宿主磷脂代谢通路协同根系微生物群落提升作物磷素利用能力的分子机制，为构建低磷胁迫下的微生物组改良策略、开发绿色高效的磷素增效技术提供了重要理论依据。

华中农业大学与崖州湾国家实验室联合培养博士生董潇潇为论文第一作者，西南大学李楠楠教授，华中农业大学、崖州湾国家实验室郭亮教授和南京农业大学杨报教授为本文共同通讯作者。崖州湾国家实验室陈煜博士后、罗誉博士生参与了该项研究工作。该研究得到国家重点研发计划、重庆市自然科学基金创新发展联合基金项目、国家自然科学基金、崖州湾国家实验室基础研究项目及中国植物学会“青苗人才计划”的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346226002890

【英文摘要】

Phosphorus (P) is an essential macronutrient for plant development, and the role of microorganisms in enhancing plant P acquisition has attracted increasing attention. However, the genetic factors that enable plants to shape a microbiome responsive to low-P conditions remain largely elusive. In this study, we demonstrate that phospholipid metabolism influences low-P-induced changes in the root microbiome of rapeseed. Notably, the genus Massilia is identified as a key biomarker, whose abundance is significantly regulated by phospholipase-associated genetic factors. Experimental inoculation with Massilia significantly promoted plant growth and increased membrane phospholipid levels. Furthermore, phospholipids produced by Massilia serve as bioavailable P sources for the host plant, while the plant-derived phospholipid metabolite glyceric acid functions as a carbon source for the bacterium. These findings provide genetic insights into how plant phospholipid metabolism, mediated by phospholipases, orchestrates root microbial communities under low-P stress. This study also highlights the potential of Massilia as a bioinoculant to improve crop resilience in P-deficient soils.