AM真菌-解磷细菌互作促进土壤有机磷周转的转录组研究

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and phosphate-solubilizing bacteria are significant functional groups involved in turnover of organic phosphorus in soil. Application of AM fungi and phosphate-solubilizing bacteria interactions to mobilize and utilize the potential phosphorus in the soil is one of the key pathways to achieve efficient use of phosphorus, and also is major subject of national food security and agricultural sustainable development. In this project, high-throughput sequencing and quantitative PCR methods will be employed to study the response of functional genes repression of phosphate-solubilizing bacteria in the hyphosphere to environmental factors using compartmented rhizobox. The transcriptional regulation of organic phosphorus to functional genes repression of phosphate-solubilizing bacteria in the hyphosphere will be analyzed by combination of transcriptome and metagenome techniques. Our results will elucidate interactions between AM fungi and phosphate-solubilizing bacteria at the functional gene expression and transcriptional levels and further reveal microbial-mediated molecular mechanisms of enhancing the organic phosphorus turnover through underground biological interactions, which will provide reliable theoretical and effective technical supports for excavating the potentiality of high efficient utilization of phosphorus and the high-yield, high-efficiency for crops.

AM真菌与解磷细菌是土壤磷周转过程中的重要微生物功能组群，利用两者的相互作用活化及利用土壤中潜在磷资源是实现磷养分高效利用的关键途径之一，也是关乎国家粮食安全和农业可持续发展的重大课题。本项目拟以AM真菌与菌丝际解磷细菌两种功能微生物的互作机理为切入点，采用玻璃珠分室隔网培养体系，利用高通量测序和qPCR技术研究菌丝际解磷细菌功能基因的表达对环境因子的响应，结合转录组和宏基因组技术分析有机磷对菌丝际解磷细菌功能基因表达的转录调控，从功能基因的表达以及转录水平的层面上深入理解AM真菌与解磷细菌的互作，进一步揭示地下生物互作增强土壤有机磷矿化和周转的微生物调控的分子机理，为充分挖掘磷资源高效利用的潜力和作物高产高效提供可靠的理论支持和有效的技术保障。

针对我国农田土壤磷素高积累和磷肥当季利用率低的问题，如何提高土壤磷的利用效率是实现减磷增效的重大问题。微生物是驱动土壤磷素生物化学地球循环的主要因子，利用土壤微生物的协同互作是实现土壤磷的利用效率提高的一个关键过程。本项目以AM真菌与解磷细菌互作为切入点，结合室内模拟试验（分室隔网培养系统）和田间原位试验，利用高通量测序和实时荧光定量PCR等微生物分子生态学技术，从微生物组的角度研究AM真菌根外菌丝上定殖的细菌的功能组群及其基因表达对环境因子的响应，主要结果如下：（1）AM真菌根外菌丝显著改变菌丝际细菌的群落组成；（2）不同形态磷酸盐显著改变菌丝际细菌和碱性磷酸酶基因（ALP）的群落组成，而不会改变菌丝际具有β-螺旋植酸酶基因（BPP）的细菌群落组成；（3）菌丝际细菌16S rRNA基因和碱性磷酸酶基因（ALP）的群落组成不受有机磷水平的影响；（4）不同AM真菌种类显著改变菌丝际细菌16S rRNA基因和碱性磷酸酶基因（ALP）的群落组成；（5）外部磷源的添加显著提高了菌丝际细菌16S rRNA基因的表达，而且其与植物地上部磷吸收之间存在显著的正相关关系。这些结果揭示了AM真菌与解磷细菌互作强化土壤有机磷矿化周转的分子机理，为提高土壤磷的利用效率提供理论基础，也为实现减磷增效的目标提供科学依据和有效途径。