陕西
在全球气候变化背景下，干旱胁迫已成为限制植物生长发育的重要环境因素。花生（Arachis hypogaea L.）是重要的油料作物和经济作物，可为人类提供植物油脂与蛋白质。然而，花生在生长早期对土壤水分变化尤为敏感，易受干旱胁迫影响，尤其是在我国南方红壤地区，长期连作容易引发土壤板结、土传病原菌累积以及土壤理化性质退化等问题，进一步加剧干旱胁迫对花生产量形成的不利影响。因此，探索有效的花生抗旱调控策略具有重要意义。
近期，南京师范大学生命科学学院微生物资源与生态团队在国际植物科学期刊Plant, Cell & Environment发表了题为 Arbuscular Mycorrhizal Fungus System Recruits Sphingomonas spp. to Enhance Drought Resistance in Peanut的研究论文。该研究揭示了根际微生物群落调控植物抗旱能力的新机制，为理解环境胁迫下植物—微生物协同互作提供了新的认识。
前期研究表明，幼套近明球囊霉（Claroideoglomus etunicatum）能够提高花生（Arachis hypogaea L.）的抗旱能力，但其潜在作用机制仍不甚清楚。除直接调控植物生理响应外，幼套近明球囊霉还可能通过影响根际其他微生物类群的组成与功能，与其协同作用，从而进一步增强植物的耐旱性。基于此，该研究进一步探究了幼套近明球囊霉接种对花生地下部细菌群落组装的影响。结果发现，来源于接种幼套近明球囊霉处理花生根际的细菌悬浮液能够显著提高植物的抗旱能力。进一步通过构建土壤微宇宙分区体系，对接种灭菌或非灭菌幼套近明球囊霉处理下花生地下部不同区室，包括根室、菌丝室和原土室的土壤样品，进行 16S rRNA 基因高通量测序与分析。结果表明，鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）的丰度在接种幼套近明球囊霉的花生根室中显著增加，而在菌丝室中未发生显著变化，说明该富集效应并非由幼套近明球囊霉菌丝本身直接导致，而可能主要受根际效应所介导。随后，从接种幼套近明球囊霉处理的花生根际土壤中分离、纯化并鉴定获得一株鞘氨醇单胞菌 W9（Sphingomonas sp. W9）。进一步实验结果表明，鞘氨醇单胞菌W9不仅能够提高宿主植物的抗旱能力，还可与幼套近明球囊霉产生协同作用，从而进一步增强宿主的耐旱性。
幼套近明球囊霉在花生根际富集鞘氨醇单胞菌属，且鞘氨醇单胞菌W9提高花生的抗旱能力
为进一步解析幼套近明球囊霉诱导鞘氨醇单胞菌 W9 发挥抗旱效应的机制，该研究开展了非靶向代谢组学分析。结果发现，L-半胱氨酸作为关键潜在信号分子，在接种幼套近明球囊霉处理的花生根际沉积物中显著富集。相关性分析和体外实验进一步表明，L-半胱氨酸能够促进鞘氨醇单胞菌 W9 的生长、生物膜形成和趋化性。进一步利用幼套近明球囊霉接种处理下获得的根际沉积物培养鞘氨醇单胞菌 W9，并结合发酵液非靶向代谢组学和菌体全基因组学分析发现，L-半胱氨酸可作为第一信号分子，调控鞘氨醇单胞菌 W9 中关键代谢通路相关基因的表达，促进其合成第二信号分子玉米素。无菌盆栽实验表明，外源添加玉米素能够显著增强花生抗旱能力。
L-半胱氨酸诱导鞘磷酸菌属W9中玉米素的合成
综上，幼套近明球囊霉通过调控根际沉积物中关键代谢产物的积累，促进花生根际抗旱细菌群落富集。其中，L-半胱氨酸作为根际沉积物中的第一信号分子，可进一步调控鞘氨醇单胞菌 W9 合成第二信号分子玉米素，从而增强花生抗旱能力。研究构建了植物–AMF–细菌协同互作网络，揭示了根际微生物群落通过跨界信号级联调控植物抗旱能力的作用机制，为促进 AMF 共生体组装、提升微生物组代谢物利用能力及农业可持续发展提供了新的理论依据。
南京师范大学博士生吴晓晗为该论文第一作者，南京师范大学生命科学学院戴传超教授为通讯作者。南京师范大学生命科学学院张伟副教授和孙凯副教授对该研究作出了重要贡献。南京师范大学硕士生顾青云、已毕业博士生马晨雨（现工作单位：山东理工大学）、安徽农业大学硕士生张书源，以及南京师范大学博士生许明辉、硕士生袁睿和李浩然共同参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金项目、江苏省研究生科研与实践创新计划项目、江苏高校优势学科建设工程（PAPD）以及句容市科技计划项目的资助。
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