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白洋研究組與John Innes Centre合作揭示拟南芥三萜化合物对植物根系微生物组的调控规律

  植物不可移動,但在自然土壤中進化出了強大的適應能力,在根系招募大量且種屬特異的大量且種類繁多的微生物(根系微生物組)。這些微生物參與植物吸收營養、抵抗疾病和非生物脅迫等重要生理過程。植物調控根系微生物組的機制對植物生長和健康非常重要,也是根系微生物組領域的研究熱點。植物將20 ~ 30%光合作用産物在根系合成化合物,是爲了防禦病原菌或資源浪費嗎?這些化合物是否參與植物與根系微生物的互作過程,是否直接調控特異種類的根系微生物?這些問題一直沒有明確的答案。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所,中國科學院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯合研究中心(CEPAMS)白洋研究組與John Innes Centre Anne Osbourn研究組合作在Science上發表文章,揭示了擬南芥三萜類化合物對根系微生物組的調控規律。該工作系統地解析了擬南芥中形成基因簇的三萜合成遺傳網絡。該網絡的關鍵基因在植物根系特異表達,並具有潛力合成50多種未知的根系化合物(目前能穩定檢測到的根系化合物大約300種)。與不能合成三萜的水稻和小麥相比,52%擬南芥特異的根系微生物組被三萜合成基因顯著調控。通過分離培養的細菌資源庫與純化/合成的單種或混合化合物共培養,發現三萜化合物直接調控特異的根系細菌種類。同時根系細菌可以特異性修飾和利用擬南芥三萜化合物。該研究爲利用植物天然化合物促進根系益生菌在綠色農業中的應用提供了理論依據。 

 

  上述結果最初以Report形式投稿到Science雜志,編輯部和四位審稿人都對本工作給予了高度評價,認爲非常出色且有重大科學意義。應編輯要求擴展爲Research Article,于510在線發表于Science雜志(DOI:10.1126/science.aau6389)Anne Osbourn组博士后黄安诚和白洋组博士研究生姜婷为共同第一作者,中國科學院遗传与发育生物学研究所,中國科學院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯合研究中心白洋研究员和John Innes CentreAnne Osbourn教授为共同通讯作者。白洋组工程师刘永鑫、助理研究员曲宝原参与了本项目。该研究得到了中國科學院战略性先导科技专项、前沿科学重点研究项目,国家自然科学基金委国际合作研究与交流项目和中國科學院微生物组项目支持。