水稻SST的變化改變根際菌群,通過調節土壤代謝物增加它的對鹽脅迫的耐受性

2021-02-24 微生信生物
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吹不出褶的平靜日子,也在閃光。

水稻SST的變化改變根系周圍菌群,通過調節土壤代謝物增加它的對鹽脅迫的耐受性

Rice SST Variation Shapes the Rhizosphere BacterialCommunity, Conferring Tolerance to Salt Stress throughRegulating Soil Metabolites

摘要

一些植物特異性抗性基因通過調節根系分泌物的釋放來影響根際微生物。在之前的研究中,水稻(Oryza sativa)中發現了SST(幼苗耐鹽)基因,SST功能的喪失使植物對鹽脅迫的適應能力增強。然而,水稻生長抑素變化是否通過調節土壤代謝產物和根際微生物群來緩解鹽脅迫仍是未知的。本研究利用CRISPR/Cas9系統在黃花展(HHZ)和中華11 (ZH11)品種中編輯了SST基因的轉基因植株,發現SST功能的喪失增加了水稻植株鉀離子的積累,減少了鈉離子的積累。通過16S rRNA基因擴增子高通量測序,我們發現突變體材料在無鹽脅迫下改變了根際細菌的組合。重要的是,鹽脅迫下,sst、HHZcas和ZH11cas植物顯著改變了根瘤菌的組裝。此外,水稻SST基因還影響土壤代謝產物,這些代謝產物與根際微生物群落動態密切相關,進一步確定了根際微生物與土壤代謝產物之間的關係。總的來說,我們的結果顯示基因在水稻生長抑素基因在鹽脅迫以及土壤根系周圍微生群落和代謝物反應方面的影響,此研究揭示了一個很有幫助的聯繫,即水稻生長抑素基因,土壤代謝物,以及根際微生物群落之間的聯繫,此次研究也證明了通過土壤微生物管理實踐提高農作物適應性的理論基礎。

Some plant-specific resistance genes could affect rhizosphere microorganisms by regulating the release of root exudates. In a previous study, the SST(seedling salt tolerant) gene in rice (Oryza sativa) was identified, and loss of SSTfunction resulted in better plant adaptation to salt stress. However, whether the riceSST variation could alleviate salt stress via regulating soil metabolites and microbiotain the rhizosphere is still unknown. Here, we used transgenic plants with SST editedin the Huanghuazhan (HHZ) and Zhonghua 11 (ZH11) cultivars by the CRISPR/Cas9system and found that loss of SST function increased the accumulation of potassiumand reduced the accumulation of sodium ions in rice plants. Using 16S rRNA geneamplicon high-throughput sequencing, we found that the mutant material shiftedthe rhizobacterial assembly under salt-free stress. Importantly, under salt stress, thesst, HHZcas, and ZH11cas plants significantly changed the assembly of the rhizobacteria. Furthermore, the rice SST gene also affected the soil metabolites, which wereclosely related to the dynamics of rhizosphere microbial communities, and we further determined the relationship between the rhizosphere microbiota and soil metabolites. Overall, our results show the effects of the rice SST gene on the responseto salt stress associated with the soil microbiota and metabolites in the rhizosphere.This study reveals a helpful linkage among the rice SST gene, soil metabolites, andrhizobacterial community assembly and also provides a theoretical basis for improving crop adaptation through soil microbial management practices

主要結果

-圖三 篩選涉及關鍵差異表達代謝產物的代謝通路圖。 

根際互作生物學研究室 簡介

根際互作生物學研究室是沈其榮教授土壤微生物與有機肥團隊下的一個關注於根際互作的研究小組。本小組由袁軍副教授帶領,主要關注:1.植物和微生物互作在抗病過程中的作用;2 環境微生物大數據整合研究;3 環境代謝組及其與微生物過程研究體系開發和應用。團隊在過去三年中在 isme J, Microbiome, PCE,SBB,Horticulture Research等期刊上發表了多篇文章。歡迎關注 微生信生物 公眾號對本研究小組進行了解。

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