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大豆根际微生物群落的变化及其与根瘤菌共生效率的关系

Variationinrhizospheremicrobialcommunitiesanditsassociationwiththesymbioticefficiencyofrhizobiainsoybean

TheISMEJournal[IF:9.493]

DOI:https:///10.1038/s41396-020-0648-9

发表日期：2020-04-27

第一作者：QinHan1

通讯作者：YangBai(白洋)(ybai@)2,WenfengChen(chenwf@)3,XiaLi(李霞)(xli@mail.)1

合作作者：QunMa,YongChen,BingTian,LanxiXu

主要单位：

1华中农业大学农业微生物学国家重点实验室(StateKeyLaboratoryofAgriculturalMicrobiology,CollegeofPlantScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,No.1ShizishanRoad,HongshanDistrict,Wuhan430070Hubei,

China)

2中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室(StateKeyLaboratoryofPlantGenomics,InstituteofGeneticsandDevelopmentalBiology,TheInnovativeAcademyofSeedDesign,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

2中国农业大学农业生物技术国家重点实验室(StateKeyLaboratoryofAgrobiotechnology,CollegeofBiologicalSciencesandRhizobiumResearchCenter,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)

写在前面

关键字：中华根瘤菌，慢生根瘤菌，芽孢杆菌，根际微生物组，共生效率，盐碱条件

点评：大豆根际具有特定的微生物群落，但是尚未对这些微生物是否影响根瘤菌结瘤进行深入研究，该研究报道芽孢杆菌和根瘤菌之间相互作用关系以及芽孢杆菌对胁迫下根瘤菌-豆类共生结瘤的影响的研究。为了了解大豆植物、根瘤菌和土著微生物群之间的相互作用，作者研究了三种土壤类型(pH不同)中根际区域微生物群的组成和网络关系，鉴定了与根瘤菌结瘤相关的微生物，分离了候选菌株，并最终探讨了它们在根瘤结瘤中的作用。本研究的发现为土著微生物群在根瘤菌适应其环境和调节根瘤菌共生效率中的作用提供了第一个证据。总而言之，本研究发现表明，根际微生物群在根瘤菌-大豆共生和植物适应胁迫环境中具有重要的调节作用。

摘要

根瘤菌-豆类共生是植物-微生物共生的一种重要类型；但是，这种关联的建立很复杂，并可能受到许多因素的影响。大豆根际具有特定的微生物群落，但是尚未对这些微生物是否影响根瘤菌结瘤进行深入研究。在这里，我们分析了三种土壤类型中大豆根际区域微生物群的组成和相互关系。首先，我们发现在不同土壤中的大豆根际群落组成存在显着差异，并检查了根瘤菌与其他根际细菌之间的联系网络。其次，我们发现一些根际微生物与根瘤中的慢生根瘤菌和中华根瘤菌的组成有关。我们从碱性土壤中培养了278个候选芽孢杆菌分离株。最后，交互作用和结瘤试验表明蜡状芽孢杆菌组分别特异性地促进和抑制了中华根瘤菌和慢生根瘤菌的生长，并缓解了盐碱条件对中华根瘤菌的结瘤及其在瘤中定殖的影响。我们的发现证明了细菌菌群在塑造大豆根瘤菌-宿主相互作用中的关键作用，并为通过使用合成细菌群落提高这种共生体系的共生效率提供了框架。

背景

氮是所有生物的重要元素。它是通过固氮从二氮分子(N2)中提取的，氮气占地球大气的78％。因此，固氮对于生命至关重要。固氮主要通过固氮细菌和古细菌在土壤中进行。在固氮细菌中，根瘤菌可作为腐生菌生活在土壤中，也可作为共生菌生活在其寄主豆科植物的根瘤中。在这些根瘤中，根瘤菌固定了大气中的氮以供宿主使用，而宿主则通过光合作用为根瘤菌提供碳。根瘤菌和豆科植物之间的这种共生是植物与微生物共生的一个极好的例子，不仅对豆科植物(例如大豆，鹰嘴豆，豌豆，普通豆和苜蓿)有益，而且对全球氮循环也有益。

根瘤菌-豆类共生的基础是一个复杂的过程，包括多个阶段，包括豆科植物根的根瘤菌侵染，根瘤发育，根瘤功能和根瘤衰老。虽然根瘤菌