菜豆长距离信号对根际微生物群落的调控作用及机制研究

It’s a great contribution for understanding the plant-microbe feedback regulation mechanism to study the relationships among rhizomicrobiome, soil environment and plant. Plants regulate the composition of rhizomicrobiome mainly through root exudates, which can alter the physicochemical property of rhizosphere soil and contain specific metabolites attracting different microbes. ISR, SAR and AON system employing long-distance signals play vital role in the interaction between legume plants and specific rhizomicrobes (plant-growth-promotion microbes, pathogens and rhizobia). Yet, it’s not clear how the long-distance signaling system of legume plants regulate the whole rhizomicrobiome. We discovered that Phaseolus vulgaris long-distance signaling can regulate the composition of rhizomicrobiome after the fluctuation of soil environment. Therefore, we believe that the long-distance signaling system regulate rhizomicrobiome through altering the constituent of root exudates. To verify the hypothesis, three aspects will be focused on. First, we study the regulation function of P. vulgaris long-distance signaling triggered by the alteration of soil microbiome and P. vulgaris cultivars on the composition of rhizomicrobiome. Second, we compare the constituent of root exudates, phloem and xylem sap to investigate the functional long-distance signaling molecules and root exudates. Third, we construct the interaction network of long-distance signaling system, root exudates and rhizomicrobiome. Our study will shed light on the interaction mechanism of legume plants and rhizomicrobiome, and provide theoretical foundation for the promotion of legume plant growth through rhizomicrobiome.

植物通过根系分泌物改变根际土壤理化条件，并释放信号分子调控根际微生物群落。豆科植物与特定根际促生菌、病原菌和根瘤菌的互作需要长距离信号作用参与的ISR、SAR和AON调控系统。但豆科植物的长距离信号作用对根际微生物群落的调控机制尚不明确。前期研究发现，土壤环境变化后，菜豆通过长距离信号系统改变根际微生物群落组成。因此，我们提出：菜豆长距离信号通过影响根系分泌物来调控根际微生物群落，并围绕以下三个方面展开研究：土壤微生物群落和菜豆品种变化引起的长距离信号对根际微生物群落的调控作用；比较根系分泌物、韧皮部和木质部汁液组成与差异，揭示地上—地下传输的关键长距离信号分子和根系分泌物；构建长距离信号分子—根系分泌物—根际微生物群落互作体系，以期进一步阐释植物与根际微生物群落的互作机制，为充分利用根际微生物促进豆科植物生长提供科学依据。

豆科植物与特定根际促生菌、病原菌和根瘤菌的互作需要长距离信号调控系统的参与。但豆科植物的长距离信号作用对根系和叶相关微生物群落的调控机制尚不明确。因此，我们利用嫁接菜豆（同品种嫁接和不同品种嫁接）探究了不同品种接穗产生的长距离信号对根系微生物群落的调控作用，结果表明品种对菜豆根系相关微生物群落影响显著，不同品种的接穗能够显著影响菜豆地下根系微生物群落的组成和结构。与同品种嫁接菜豆相比，不同品种接穗产生的地上-地下长距离信号能够缩小根茎品种导致的根系微生物群落差异。.非靶向代谢组分析发现不同品种的接穗产生的长距离信号显著影响根系分泌物组成。在受长距离信号显著影响的根系分泌物中，m-香豆酸和茉莉酸甲酯与Pseudomonas和Talaromyces（长距离信号调控的关键根际物种）显著正相关。通过人工分离培养，我们发现m-香豆酸和茉莉酸甲酯对多株根际Pseudomonas的生长繁殖有显著影响；并且m-香豆酸促进了X11873（P. hunanensis）、X40（P. lactis）和X50（P. putida）生物膜形成，说明m-香豆酸和茉莉酸甲酯可能在根际微生物调控中发挥重要作用。.为探究关键长距离信号分子，我们构建了稳定的拟南芥根际微生物研究体系，并发现相较于野生株col-0，拟南芥双突变株cle25/26和bam1/3根内微生物群落beta多样性显著改变，根际对土壤微生物过滤筛选作用增强，多种植物促生菌在根系的定植受到影响，说明CLE25 CLE26多肽可能具有调控根系微生物的作用。.最后，我们发现不同品种根茎嫁接对菜豆叶际微生物群落影响显著。与同品种嫁接相比，不同品种根茎产生的地下-地上长距离信号能够缩小品种导致的叶际微生物群落差异。本研究拓展了我们对植物、根际和叶际微生物互作的认知，为充分利用根际和叶际微生物促进豆科植物生长提供了科学依据。