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新研究揭示種源微生物調(diào)控作物吸污機制
作者：朱漢斌      來源：中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
近日，暨南大學(xué)教授莫測輝/向壘團隊首次揭示了種源微生物調(diào)控作物吸收累積有機污染物的作用機制，發(fā)現(xiàn)了根系分泌低分子有機酸通過驅(qū)動種源微生物的垂直傳遞效應(yīng)，及其在作物吸收累積抗生素過程中的關(guān)鍵調(diào)控作用。相關(guān)成果發(fā)表于《微生物組》。
抗生素在人類醫(yī)療、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖等領(lǐng)域廣泛使用，導(dǎo)致其大量進入環(huán)境成為新污染物，在農(nóng)田土壤中普遍檢出，并易被農(nóng)作物吸收累積，嚴重威脅農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康。篩選和種植污染物低累積作物品種是保障污染土壤安全利用并同步修復(fù)的重要策略。
研究團隊在國家自然科學(xué)基金重點項目等項目的資助下，針對珠三角地區(qū)農(nóng)田環(huán)境中典型抗生素環(huán)丙沙星（CIP）和代表性葉菜類作物菜心，率先篩選獲得了其低累積品種（LAV），初步揭示了該低累積作物品種的生理生化與分子機制。同時發(fā)現(xiàn)，微生物在作物吸收累積污染物過程中也發(fā)揮重要作用，但對于關(guān)鍵微生物及其作用過程與調(diào)控機制仍未明確。
該研究創(chuàng)新性地從種源微生物（種子內(nèi)生菌）的角度，通過構(gòu)建無菌培養(yǎng)體系，利用16S rRNA和ITS基因測序以及關(guān)鍵功能微生物的富集篩選與功能驗證實驗，系統(tǒng)探討了LAV（和相應(yīng)高累積作物品種HAV）的種源微生物垂直傳遞效應(yīng)及其特征群落結(jié)構(gòu)組裝過程，并揭示了這一過程調(diào)控作物吸收累積CIP的作用機制。
研究成果發(fā)現(xiàn)LAV和HAV根系均可從種子微生物中富集特異性的細菌群落，其中LAV根系分泌馬來酸少，在CIP脅迫下其細菌群落組裝模式由隨機性轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定性，形成以毛螺科和腸桿菌科細菌為主的更為復(fù)雜和敏感的根系細菌群落，抑制根系對CIP的捕獲吸收，呈現(xiàn)低累積特征。反之，HAV根系分泌馬來酸多，無論是否存在CIP脅迫，其根系細菌群落均為確定性組裝過程，并形成以芽孢桿菌屬細菌為主的更具特異性和協(xié)同性的CIP耐受型根系菌群。
關(guān)鍵功能菌的定向篩選富集及接種驗證實驗表明，HAV根系分泌更多的馬來酸，對Bacillus菌形成更強趨化和招募作用，從而介導(dǎo)驅(qū)動種源微生物Bacillus（BpB13）通過垂直傳遞效應(yīng)定殖于其根系，并通過分泌吲哚乙酸和鐵載體等促生代謝產(chǎn)物，促進HAV根系生長及對CIP脅迫的抗逆作用，從而提高其對CIP的耐受和根系捕獲、吸收轉(zhuǎn)運性能。
該研究報道了種子內(nèi)生菌通過垂直傳遞效應(yīng)調(diào)控作物吸收累積抗生素的機理，從植物-微生物相互作用維度為理解有機污染物在植物體內(nèi)的吸收累積機制提供了全新的理論視角，也為合理利用低累積作物品種和功能微生物實現(xiàn)污染農(nóng)田的安全利用提供了科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02073-2
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