中国农业大学农学院曾昭海/杨亚东团队利用品种间差异揭示人工菌群和代谢物介导花生抗青枯病的调控机制

3月2日，中国农业大学农学院种植制度与农田生态课题组曾昭海教授、杨亚东副教授在国际著名植物科学期刊《Plant Communications》（IF: 11.6）在线发表了题为Synthetic communities and key metabolite-driven enrichment of keystone rhizosphere microbes suppress bacterial wilt disease in peanut的研究论文。该研究揭示了抗性品种能够富集特定根际代谢物与抗病相关微生物，由这些关键微生物构建的人工菌群通过富集有益微生物、激活宿主免疫、诱导木质素及抗菌化合物合成等途径，增强感病花生对青枯病的抗性。

许多研究表明，植物根际微生物能显著影响寄主植物的生长发育、营养吸收和抗病性。当植物受到病原菌的威胁时，抗性品种通过选择性地招募有益根际微生物来主动调节其对病原菌入侵的易感性。抗性品种在抵御病原菌入侵过程中起着重要作用，但抗性品种富集的关键微生物和代谢物能否提升敏感品种对病原菌的抗性及其作用机制尚不清楚。

该研究利用扩增子测序和LC-MS技术，比较了抗病品种（日花3）与感病品种（日花99）在青枯病病原菌入侵下的根际微生物群落组成与代谢物差异及其相互关系。分离根际关键微生物并结合微生物-代谢物共培养，明确了特定代谢物对关键微生物生长的影响。最后，确定用于后续研究的关键微生物和代谢物，通过构建人工菌群（SynCom）及其与代谢物组合，解析根际关键微生物协助感病品种花生抵御青枯病入侵的潜在机制。研究发现，青枯病病原菌（R. solanacearum）接种显著降低感病品种微生物多样性和网络复杂性，增加抗病品种微生物网络复杂性。接种R. solanacearum的抗病品种显著富集多个与植物健康相关的代谢途径（如链霉素生物合成、苯丙烷生物合成和异黄酮生物合成），并特异性富集三种潜在关键微生物（Bacillus，Pseudomonas和Talaromyces）与四种关键代谢物（citrulline，L-phenylalanine，kaempferol和isopimpinellin）。体外微生物-代谢物共培养实验证实，这些代谢物能够促进三种潜在关键微生物的生长。体外细菌/真菌-细菌互作实验表明，由三个菌株组成的人工菌群（SynCom4）对R. solanacearum生长的抑制效果优于单一菌株或两个菌株组成的合成群落。盆栽验证实验表明，SynCom4与代谢物联合施用比SynCom4单独施用抑制病原菌入侵的效果更佳，并显著富集更多有益微生物（Bacillus，Pseudomonas，Talaromyces等）。富集的这些有益微生物通过激活宿主免疫系统、诱导木质素合成及槲皮素、二氢槲皮素和矢车菊素等抗菌化合物的产生，进一步增强花生对病原菌的抗性。

综上所述，本研究证实了抗性品种通过分泌物富集特定有益微生物，这些特定微生物能够帮助感病品种重塑核心微生物群，进而协助宿主应对青枯菌病原菌的入侵，深化了有益微生物在作物抗病中的作用及其机制解析。研究工作对于发掘作物-微生物系统内物种间相互作用增强作物抗病能力具有重要的理论价值和实践意义。

中国农业大学农学院在读博士生禹桃兵为论文第一作者，曾昭海教授和杨亚东副教授为论文的共同通讯作者。中国农业大学生物学院徐凌教授对研究工作给予了重要指导，沈阳农业大学农学院姜英副教授、德国亥姆霍兹环境研究中心王上博士参与了研究工作的指导，团队在读硕士生杨若琪、黄洋康、张奕聪、雷艺鸽及已毕业硕士生方向阳参与了论文研究工作。该研究得到了国家自然科学基金（32172125和31901470）的资助。

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