南京农业大学院士团队教授，以通讯作者身份发表Nature Communications

近日，南京农业大学沈其荣院士团队熊武教授在Nature Communications杂志上发表了题为“Soil-dwelling Naegleria enhances plant performance by stimulating beneficial bacterial functions in the rhizosphere”的研究论文。该研究揭示了土壤原生动物通过调控根际菌群生物膜形成和次级代谢产物合成促进植物健康生长的微生态机制。

该研究选取了土壤中分离的两种不同类型原生动物，贴壁捕食型（Surface-feeding）阿米巴Naegleria和悬浮捕食型（Suspension-feeding）鞭毛虫Cercomonas。研究发现这两种类型原生动物都能直接高效捕食番茄青枯病原菌。基于实验室已构建的根际简化菌群（SynCom），在土壤微宇宙实验中发现植物有益菌贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensisSQR9）绝对数量和相对丰度在短时间内均显著下降，但添加阿米巴Naegleria能显著提升贝莱斯芽孢杆菌的数量和丰度，该结果表明原生动物能提升外源接种植物有益菌在土壤的存活率，从而增强其应用效果，在两季盆栽试验中也得到了证实。另外，通过阿米巴Naegleria与简化菌群共培养实验结合转录组测序分析，发现阿米巴Naegleria能诱导简化菌群中贝莱斯芽孢杆菌生物膜形成基因和次级代谢产物合成基因表达上调。为验证以上结论，通过构建Bacillus velezensisSQR9生物膜形成相关基因突变体（ΔepsD和ΔtasA）以及次级代谢产物合成相关基因突变体，继续进行阿米巴Naegleria与简化菌群微宇宙实验并测定不同贝莱斯芽孢杆菌突变体和野生型在简化菌群中的数量。在阿米巴Naegleria存在条件下，缺失了macrolactin H合成能力的贝莱斯芽孢杆菌（Δmln）在简化菌群中的丰度下降最明显，该结果表明macrolactin H可能是贝莱斯芽孢杆菌逃避原生动物捕食并在根际菌群中保持竞争优势的关键代谢物。

图1 土壤原生动物阿米巴Naegleria促进根际简化菌群中芽孢杆菌生物膜形成和次级代谢产物合成基因表达

本研究系统性总结了土壤原生动物与根际菌群互作促进植物健康生长的微生态机制，原生动物阿米巴Naegleria四个主要的根际生态功能总结如下：①原生动物直接捕食植物病原菌；②原生动物通过选择性捕食富集植物有益细菌；③原生动物促进根际菌群生物膜形成；④原生动物促进根际菌群次级代谢产物合成。

图2 土壤原生动物与根际菌群互作促进植物健康生长的微生态机制概念模型

南京农业大学资环学院博士研究生岳杨、徐志辉教授和硕士研究生王艺锦为论文共同第一作者，熊武教授为通讯作者，沈其荣院士为本研究提供了系统性指导。