本研究由Yanfen Zheng、Xuwen Cao、Yanan Zhou、Siqi Ma、Youqiang Wang、Zhe Li、Donglin Zhao、Yanzhe Yang、Han Zhang、Chen Meng、Zhihong Xie、Xiaona Sui、Kangwen Xu、Yiqiang Li和Cheng-sheng Zhang等作者共同完成，研究团队来自中国农业科学院烟草研究所海洋农业研究中心、山东大学海洋科学与技术研究院、山东农业大学资源与环境学院等机构。该研究于2024年发表在《Nature Communications》期刊上，题为“Purines enrich root-associated Pseudomonas and improve wild soybean growth under salt stress”。

学术背景

盐胁迫是农业生产中常见的环境压力之一，严重影响作物产量。植物通过多种策略应对盐胁迫，包括调节细胞渗透压、分泌盐分以及维持细胞氧化还原平衡等。近年来，植物相关微生物在增强植物抗逆性方面的作用逐渐受到关注。根际微生物群（root-associated microbiota）在植物应对环境胁迫中扮演重要角色，但其与盐胁迫植物之间的相互作用机制尚不明确。本研究以耐盐植物野生大豆（Glycine soja）为研究对象，探讨了盐胁迫下根际微生物群的变化及其对植物生长的促进作用。

研究流程

研究分为多个步骤，详细流程如下：

1. 盐胁迫对野生大豆生长的影响
   研究首先评估了不同浓度NaCl（100、200和300 mM）对野生大豆生长的影响。通过测量土壤电导率（EC）、总碳（TC）和总氮（TN）含量，发现盐胁迫显著增加了土壤EC，但对土壤化学性质无明显影响。盐胁迫显著抑制了野生大豆的根长、株高、叶片大小及根和地上部分的鲜重，尤其是在300 mM NaCl处理下。

2. 盐胁迫对根际微生物群的影响
   通过16S rRNA基因扩增子测序，分析了盐胁迫下根、根际土壤和土体土壤中细菌群落的变化。结果显示，盐胁迫显著改变了根际微生物群的组成，尤其是根部的微生物多样性。盐胁迫下，根部和根际土壤中的假单胞菌（Pseudomonas）显著富集，而在土体土壤中未观察到显著变化。

3. 假单胞菌的分离与功能验证
   从盐胁迫处理的野生大豆根部分离出34株假单胞菌，并通过基因组测序和功能验证，筛选出两株代表性菌株：Pseudomonas stutzeri XN05-1和Pseudomonas frederiksbergensis YE17。这两株菌在盐胁迫下显著促进了野生大豆的生长，尤其是在根和地上部分的长度和鲜重方面。

4. 根分泌物中嘌呤类物质的作用
   通过代谢组学分析，发现盐胁迫下野生大豆根部分泌了大量的嘌呤类物质，尤其是黄嘌呤（xanthine）。外源添加黄嘌呤能够模拟盐胁迫下的微生物群变化，显著富集假单胞菌。进一步实验表明，黄嘌呤通过诱导假单胞菌的运动性基因（如cheW）表达，促进其向根部迁移，从而增强植物的耐盐性。

5. 假单胞菌运动性基因的功能验证
   通过基因敲除实验，验证了假单胞菌运动性基因cheW在黄嘌呤诱导的趋化性和植物耐盐性中的关键作用。cheW基因缺失的假单胞菌突变体失去了对黄嘌呤的趋化能力，且无法在盐胁迫下促进植物生长。

主要结果

1. 盐胁迫显著改变了根际微生物群的组成，尤其是根部的假单胞菌显著富集。
2. 假单胞菌分离株XN05-1和YE17在盐胁迫下显著促进了野生大豆的生长，表明其在植物耐盐性中的重要作用。
3. 黄嘌呤是盐胁迫下野生大豆根部分泌的关键代谢物，能够诱导假单胞菌的趋化性并富集于根部。
4. 假单胞菌的运动性基因cheW在黄嘌呤诱导的趋化性和植物耐盐性中起关键作用。

结论

本研究揭示了盐胁迫下野生大豆通过分泌嘌呤类物质（如黄嘌呤）招募有益假单胞菌的机制，阐明了根分泌物与根际微生物群之间的相互作用。研究结果表明，假单胞菌通过增强植物的耐盐性，显著促进了野生大豆在盐胁迫下的生长。这一发现为利用根际微生物群提高作物耐盐性提供了新的思路。

研究亮点

1. 首次揭示了盐胁迫下野生大豆根际微生物群的变化及其对植物耐盐性的促进作用。
2. 发现了黄嘌呤在假单胞菌富集和植物耐盐性中的关键作用，为根分泌物与微生物群相互作用的研究提供了新的视角。
3. 通过多组学分析（宏基因组、宏转录组和代谢组）结合功能验证实验，全面阐明了盐胁迫下植物-微生物互作的分子机制。

研究意义

本研究不仅深化了对植物-微生物互作机制的理解，还为利用根际微生物群提高作物耐盐性提供了理论依据。通过调控根分泌物或引入有益微生物，有望在盐碱地农业中实现作物的稳产高产，具有重要的科学和应用价值。