近日，西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院、農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心李楠楠課題組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在《自然·植物》(Nature Plants)發(fā)表題為《大規(guī)模多組學(xué)揭示驅(qū)動(dòng)根發(fā)育與氮素獲取的宿主-微生物組互作機(jī)制》的研究論文。該研究通過整合基因組、轉(zhuǎn)錄組、微生物組與離子組等多層次數(shù)據(jù)，首次揭示了油菜中系統(tǒng)宿主基因調(diào)控根際微生物群落組裝進(jìn)而影響氮素吸收與根系發(fā)育的分子網(wǎng)絡(luò)，為作物養(yǎng)分高效育種以及微生物組輔助育種提供了重要理論依據(jù)和關(guān)鍵微生物資源。

　　氮素是作物生長(zhǎng)最重要的礦質(zhì)元素之一，但過量施用氮肥已成為全球性的環(huán)境問題。根際微生物組在植物養(yǎng)分獲取、抗逆與生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用，然而其如何受宿主遺傳調(diào)控并與作物氮營(yíng)養(yǎng)性狀形成互作網(wǎng)絡(luò)，仍是植物-微生物互作領(lǐng)域的核心難題。

　　課題組選取了175份具有廣泛遺傳多樣性的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)，在兩個(gè)典型田間環(huán)境下系統(tǒng)調(diào)查了根系轉(zhuǎn)錄組、根際細(xì)菌16S rRNA譜和植株離子組，構(gòu)建了1341組配對(duì)多組學(xué)數(shù)據(jù)集。通過全基因組關(guān)聯(lián)分析、轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析與表達(dá)數(shù)量性狀位點(diǎn)定位，鑒定出203個(gè)具有中高遺傳力的細(xì)菌擴(kuò)增子序列變異，其中多個(gè)ASV與根系氮含量顯著相關(guān)。尤為重要的是，宿主轉(zhuǎn)錄組與微生物組數(shù)據(jù)聯(lián)合解釋了高達(dá)45%的氮吸收自然變異。進(jìn)一步地，鎖定了受宿主強(qiáng)遺傳調(diào)控的關(guān)鍵細(xì)菌屬—鞘氨醇盒菌屬(Sphingopyxis)。通過高通量培養(yǎng)、全基因組測(cè)序與功能驗(yàn)證，證實(shí)該菌能通過合成生長(zhǎng)素(IAA)促進(jìn)油菜側(cè)根發(fā)育，從而增強(qiáng)低氮條件下的氮素獲取能力。

　　該研究不僅首次在油菜中構(gòu)建了“宿主基因-轉(zhuǎn)錄調(diào)控-微生物組-氮營(yíng)養(yǎng)表型”的多層次互作網(wǎng)絡(luò)，還發(fā)掘出具有促生與氮增效潛力的功能微生物，為油菜養(yǎng)分高效育種和微生物肥料開發(fā)提供了新的基因與菌種資源。

　　該項(xiàng)工作由西南大學(xué)牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家單位合作完成。西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院李楠楠教授與德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)Peng Yu教授、北京大學(xué)白洋教授、陜西雜交油菜研究中心張彥峰研究員和河南大學(xué)王道杰教授為共同通訊作者，李楠楠教授、德國(guó)萊布尼茨研究所(IPK)Guoliang Li博士、德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)Xiaofang Huang博士研究生、西南大學(xué)馬麗革博士生，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Danning Wang博士后、西南大學(xué)羅譽(yù)博士生為共同第一作者。該工作也得到了浙江大學(xué)蔣立希教授、西南大學(xué)陳新平教授、波恩大學(xué)Frank Hochholdinger教授以及德國(guó)萊布尼茨研究所Jochen C. Relf教授的大力支持。該研究得到了國(guó)家級(jí)人才計(jì)劃項(xiàng)目、重慶市人才計(jì)劃項(xiàng)目、德國(guó)研究基金會(huì)等項(xiàng)目的資助。

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-025-02210-7