中科院东北地理所揭示植物激素信号与根际微生物互作调控植物抗旱新机制

干旱胁迫严重制约全球作物产能，威胁粮食安全。植物能够利用激素信号通路调控其抗旱能力，此外，植物通过根系分泌物招募形成的根际微生物组，在宿主植株干旱胁迫适应过程中也发挥关键作用。现有研究虽已明确植物激素信号通路与根际微生物组存在互作关系，但根际微生物与植物激素信号通路的互作机理，仍有待深入研究。

近日，中国科学院东北地理所土壤微生物与养分循环学科组田春杰团队，联合盐渍土生态与改良学科组李伟强团队和大豆次生代谢与营养学科组尹小建团队在Science Advances在线发表了题为Discovery of specific rhizosphere bacteria Rhodanobacter involved in KAI2-mediated drought tolerance in Arabidopsis的研究论文。该研究利用拟南芥这一模式植物，阐明了关键根际微生物Rhodanobacter通过分泌大豆苷，激活烟素（Karrikin，又译卡里金）信号通路提高植物抗旱能力的新机制。

团队前期研究发现，烟素受体KAI2蛋白能够正向调节拟南芥抗旱能力。但是，KAI2蛋白正向调节拟南芥抗旱能力是否依赖土壤微生物，仍然是个未知问题。在本研究中，团队利用拟南芥野生型（WT）和KAI2受体缺失突变株（kai2），揭示了根际微生物组在KAI2受体介导的植物抗旱中发挥不可或缺的关键作用。进一步研究发现，干旱条件下拟南芥WT和kai2植株根系分别选择性募集链霉菌（Streptomyces）和罗河杆菌（Rhodanobacter），而Rhodanobacter增强植物抗旱的功能部分依赖于KAI2受体。

图1 Rhodanobacter依赖KAI2受体调控拟南芥抗旱

研究团队利用转录组和代谢组等多组学技术，结合分子动力学模拟和一系列分子生物学和生物化学手段，对Rhodanobacter依赖KAI2受体提高植物抗旱能力这一现象进行了深入的解析。结果表明，Rhodanobacter能够分泌大豆苷（Daidzin）这一关键类黄酮类化合物，Daidzin能够与KAI2结合并激活下游信号转导通路，进而上调一系列抗旱功能基因的表达，提升植物抗旱能力。

图2 Rhodanobacter激活KAI2信号通路提升植物抗旱能力机制图

综上所述，该研究首次揭示了代谢产物介导关键根际微生物激活烟素信号通路的全新机制，相关成果增进了对植物-微生物互作的认识，也为利用微生物技术提升植物抗逆能力提供了重要科学支撑。

论文第一作者为东北地理所孙雨副研究员；通讯作者为美国得克萨斯理工大学（Texas Tech University）Lam-Son Phan Tran教授，东北地理所田春杰研究员、李伟强研究员、尹小建研究员；东北地理所为本论文第一单位和通讯单位。此外，东北地理所贾仲君研究员和冯献忠研究员、中国科学院植物研究所王天佐研究员等也参与了本工作。本项研究受到国家自然科学基金、中国科学院“黑土粮仓”先导专项和东北地理所青年科学家小组项目等项目的共同资助。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2698