東北地理所在植物促生菌調(diào)控大豆耐堿機(jī)制研究方面取得進(jìn)展
大豆 (Glycine max(L.) Merr.)作為一種重要的全球性的糧食作物，為人類提供優(yōu)質(zhì)的植物蛋白和油脂產(chǎn)品的同時(shí)，也是動(dòng)物的飼料來源。由于中國(guó)人的飲食習(xí)慣，對(duì)大豆油及大豆制品的熱衷，使得對(duì)大豆的需求呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì)，約80%的大豆需要進(jìn)口。堿脅迫是大豆生長(zhǎng)發(fā)育的主要限制因素之一，嚴(yán)重影響大豆的生產(chǎn)和產(chǎn)量。黑龍江省有可開發(fā)蘇打鹽堿地1500萬畝，提高大豆耐堿能力，擴(kuò)大大豆種植面積，對(duì)于提高我國(guó)大豆總產(chǎn)量，緩解大豆對(duì)外依存度，保證我國(guó)糧食安全，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，急需解析大豆響應(yīng)堿脅迫的分子機(jī)制。近年來，關(guān)于植物響應(yīng)堿脅迫的研究雖已取得一定進(jìn)展，但植物促生菌（plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR）能否以及如何增強(qiáng)大豆的耐堿性仍有待探索。
東北地理所大豆抗逆育種學(xué)科組孟凡立研究員團(tuán)隊(duì)與農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組于鎮(zhèn)華副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，成功分離出一株耐堿的克雷伯氏屬菌株B7，系統(tǒng)揭示了其通過分泌丙酮酸激活大豆根系L-蘋果酸合成，從而增強(qiáng)大豆耐堿性的新機(jī)制，并在鹽堿地田間試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)大豆增產(chǎn)33.19%。該成果為解析微生物介導(dǎo)的大豆耐堿分子機(jī)制提供了理論依據(jù)，也為利用微生物提升大豆耐堿性及鹽堿地產(chǎn)能提升提供了新思路與菌種資源。
兩個(gè)團(tuán)隊(duì)成員從山東東營(yíng)鹽堿地的堿蓬根系中，成功分離并鑒定出一株耐堿的克雷伯氏屬菌株（Klebsiella sp.），命名為B7。該菌株可在pH高達(dá)10.0的環(huán)境中正常生長(zhǎng)。代謝組分析顯示，堿脅迫會(huì)促使菌株B7分泌大量丙酮酸。這些丙酮酸被大豆根系吸收后，激活根部L-蘋果酸合成通路，提升該通路上相關(guān)基因的表達(dá)水平和關(guān)鍵酶活性，從而促進(jìn)L-蘋果酸的合成與積累。功能驗(yàn)證結(jié)果顯示，過表達(dá)大豆L-蘋果酸合成通路中的關(guān)鍵基因和外源施加L-蘋果酸，均可顯著提高大豆苗期的耐堿性。與對(duì)照組相比，在中重度蘇打鹽堿地（pH 9.2—9.5）大豆田苗期根際接種菌株B7，產(chǎn)量提升33.19%。進(jìn)一步分析表明，接種菌株B7能夠重塑大豆根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，顯著提升包括藍(lán)細(xì)菌在內(nèi)的多種抗逆相關(guān)有益微生物的相對(duì)豐度。該研究首次系統(tǒng)闡明了植物促生菌在大豆應(yīng)答堿脅迫中的重要作用，揭示了耐堿菌株B7通過代謝產(chǎn)物丙酮酸，調(diào)控宿主蘋果酸合成與積累、增強(qiáng)耐堿能力并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升的分子機(jī)制。菌株B7在蘇打鹽堿地大豆生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用潛力，為實(shí)現(xiàn)鹽堿地大豆產(chǎn)能提升提供理論支持與微生物資源（圖1）。
相關(guān)研究成果發(fā)表在中國(guó)科學(xué)院一區(qū)Top期刊《Journal of Integrative Plant Biology》（IF：11.4）上。東北地理所博士后曹英雪博士、李洋博士、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生姜懿珈為該論文共同第一作者，東北地理所孟凡立研究員和于鎮(zhèn)華副研究員為該論文共同通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院重大科技任務(wù)、黑龍江省自然科學(xué)基金（JQ2023C008）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32172032）、中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2023CXTD01）及吉林省與中國(guó)科學(xué)院科技合作高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2024SYHZ0050）的聯(lián)合資助。
論文信息：Yingxue Cao, Yijia Jiang, Yang Li, Yong Long, Siyu Huang, Hongwei Li, Miao Yang, Mingyu Yang, Yuecheng Tang, Bo Zhang, Zhongming Fang, Ming Yuan, Zhenhua Yu* and Fanli Meng*. Klebsiella sp. strain B7 enhances alkaline tolerance by secreting pyruvic acid to accelerate L-malic acid accumulation in soybean. DO1:10.1111/jipb.70188
論文鏈接：http://doi.org/10.1111/jipb.70188
圖1 B7通過分泌丙酮酸調(diào)控宿主蘋果酸合成與積累、增強(qiáng)耐堿能力的工作模型
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
