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      本論文引用到九圃植物培養(yǎng)箱BPC500H，研究擬通過微生物組測序解析根毛發(fā)育調(diào)控因子對干旱下根相關(guān)微生物群落組成及裝配模式的影響，并識別在干旱下受根毛調(diào)控因子影響的關(guān)鍵類群或微生物；通過微生物培養(yǎng)組學(xué)還原驗證關(guān)鍵微生物干旱保護效應(yīng)（表型）及其植物保護機制（轉(zhuǎn)錄響應(yīng)特征）；結(jié)合宏基因組學(xué)鑒定關(guān)鍵微生物功能基因，并通過微生物遺傳操作進行驗證。由此，綜合探討干旱下根毛發(fā)育調(diào)控因子介導(dǎo)的植物-微生物的互作及調(diào)控機制。

文獻引用的九圃產(chǎn)品——九圃植物培養(yǎng)箱BPC500H

      由于根毛是植物根系吸水和與微生物互作的重要前沿細胞類型，南方科技大學(xué)宋毅課題組通過利用多個根毛發(fā)育（根毛密度減少和增多）突變體，發(fā)現(xiàn)多根毛突變體gl2可誘導(dǎo)干旱根內(nèi)微生物群落確性組裝，并特異性誘導(dǎo)有益根瘤菌的富集。本研究通過高通量分離菌株鑒定以及多體系（PEG平板及土壤體系）還原接菌驗證，證實了受根毛相關(guān)突變體影響的根瘤菌菌株能夠提升植物抗旱性，并揭示其背后的轉(zhuǎn)錄組學(xué)機制。此外，宏基因組研究表明干旱下微生物精氨酸和脯氨酸代謝通路關(guān)鍵功能基因（如編碼鳥氨酸環(huán)化脫氨酶的ocd基因）在gl2根系微生物組顯著富集。進一步通過細菌遺傳敲除試驗表明該基因顯著影響干旱保護性根瘤菌對氧化脅迫的適應(yīng)性，也顯著降低了其植物干旱緩解效應(yīng)。本研究通過遺傳學(xué)和整合多組學(xué)交叉手段證實了宿主遺傳效應(yīng)在干旱下植物-微生物互作動態(tài)中的作用，揭示了根瘤菌介導(dǎo)的非生物脅迫保護機制，拓展了逆境下非豆科植物與根瘤菌有益互作生理生態(tài)學(xué)機理的認識。

圖1 根毛發(fā)育調(diào)控因子顯著干旱下影響根相關(guān)微生物群落組成且gl2誘導(dǎo)根內(nèi)微生物群落確性組裝。

a-b. 不用基因型根相關(guān)微生物組alpha，beta多樣性組成；

c-d.不同基因型根際微生物組裝模式及不同驅(qū)動因素占比。

圖2 多組學(xué)揭示根瘤菌干旱保護性功能菌株生長速率，氧脅迫適應(yīng)性及其植物干旱保護效應(yīng)依賴于脯氨酸代謝通路關(guān)鍵基因ocd。

a. ocd基因在Rhizobium sp. 4F10基因組位置示意圖

b. ocd基因介導(dǎo)L-Ornithine到L-Proline的轉(zhuǎn)化

c-e. Rhizobium sp. 4F10及其突變菌株△ocd接菌表型，初生根長及鮮重統(tǒng)計

f. Rhizobium sp. 4F10及△ocd生長速率差異

g-h. Rhizobium sp. 4F10及△ocd氧脅迫適應(yīng)性差異

圖3 干旱下植物根系-根瘤菌互作的模型圖。

a 不同根毛發(fā)育調(diào)控因子的突變體在干旱條件下影響根部代謝物（如氨基酸和類黃酮）；gl2誘導(dǎo)干旱下根內(nèi)微生物確定性組裝并特異性富集根瘤菌科相關(guān)微生物，增加了其在微生物網(wǎng)絡(luò)中的重要性，此外，gl2根內(nèi)微生物組富集微生物氨基酸代謝轉(zhuǎn)運蛋白功能通路。

b 干旱保護性根瘤菌主要誘導(dǎo)植物保護性糖（trehalose）生物合成和干旱應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子（TFs）等的表達增強其干旱適應(yīng)性。此外，其通過根瘤菌關(guān)鍵基因通過影響自身生長速率以及干旱下的氧脅迫適應(yīng)性進而影響其對植物的干旱保護效應(yīng)。

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