新研究表明，根际微生物控制水稻分离机制

近日，在国家重点R&D计划、中国科学院主导重点、国家自然科学基金等项目的支持下，中国科学家首次通过整合微生物组学、生物学、作物遗传学、天然产物化学和结构生物学等技术，系统披露了根际微生物组控制水稻分离的功能和分子机制。研究表明，根际微生物组对水稻分离有显著影响，这种影响取决于单脚金内酯的植物激素。《细胞》发表了相关结果(Cell)。

根际微生物组被称为植物的“第二基因组”，在植物的生长、发育和健康中发挥着关键作用。大米作为世界上近一半人口的主食作物，其产量直接关系到粮食安全，而分离量是决定大米产量的重要特征，受遗传和各种环境因素的控制。长期以来，根际微生物群落是否参与，如何参与分离器的形成及其分子机制，一直是学术界不解之谜。澄清这一问题将对微生物在农业和作物绿色发展中的应用具有重要意义。

基于182个水稻品种的基因组数据，以中国科学院遗传与发展生物学研究所研究员白洋(现任北京大学研究员)团队为首的科学家团队通过分蘖表型与根际微生物组数据的相关分析，揭示了根际微生物组与水稻分蘖数之间的密切关系。根际微生物组对分蘖变异(28.2%)有显著的解释，根际微生物组与基因型的相互作用占基因型总解释的79.9%。根际微生物的线性回归分析通过微生物群落特征和分蘖表的线性回归分析α多样性和β多样性与水稻分蘖的数量密切相关。在两个独立的试验场环境中，研究人员确定了12个与分蘖数量显著相关的细菌：7个成正比细菌和5个负相关细菌。

利用稻谷根际细菌数据库，研究人员选择在实验室和田间环境中对相关属种的关键菌种进行功能验证。数据显示，Roseateles PiscinibacterR780 在Exiguobacterium中，R1801两种细菌显著地促进了分离。 R2567、Burkholderia Pleomorphomonasr2488 R1405三种细菌显著抑制了分类。为了检查控制分支的功能是否取决于植物激素单脚金内酯通道，团队检测了单脚金内酯在功能菌处理下的合成和信号转导状态，同时在单脚金内酯生成突变体(d27)和信号突变体(d14)中进行了表型验证。发现Roseateles ExiguobacteriumR780 根据稻谷独脚金内酯的方法，R2567对分邈的调控依赖于不同的方法：Roseateles 在Exiguobacteriummium中，R780的推动作用取决于金内酯的合成和信号转导。 R2567的抑制效果更多地依赖于金内酯信号转导。

探索Exiguobacterium 研究人员对R2567分子机制进行了检测，并明确了Exiguobacterium 通过LC-MS和NMR的鉴定，R2567调节分枝活性来源于细菌代谢物，并成功地将关键活性分子S6分离出来。(Leu-Pro)。实验表明，cyclo(Leu-Pro)能促进OsD53蛋白质降解，从而抑制水稻分离。研究人员随后对OsD14进行了分析-cylco(Leu-Pro)通过MST结合复合物的高分辨率晶体结构、BLI、YLG等分子互作试验，揭示了cycloo(Leu-Pro)与OsD14的功能细节，以及rac-GR24在组合方式上与单脚金内酯的功能相似性的高度相似性。遗传数据显示，cycloo在突变体d14上(Leu-Pro)失去了控制OsD53蛋白质含量和水稻分离的作用。

cyclo(Leu-Pro)可以模拟单脚金内酯的功能，将单脚金内酯受体OsD14直接结合起来，激活单脚金内酯的信号，抑制水稻分离。这一发现颠覆了传统的植物内源激素单脚金内酯控制分离认知，证明微生物代谢物也能准确控制水稻分离过程。

上述研究由白洋团队、中国科学院遗传与发展生物学研究所研究员/崖州湾实验室李家洋院士团队、华南农业大学农业学院教授储备成才团队、南方科技大学研究员黄安诚团队、中山大学肿瘤防治中心研究员高嵩团队合作完成，成为植物-根际微生物相互探索的案例。