期刊：Frontiers in Microbiology

影響因子：5.640

文章題目：EndophyticBacillus altitudinisStrain Uses Different Novelty Molecular Pathways to Enhance Plant Growth

技術(shù)手段：16s rRNA洁闰、RNA-Seq（互作轉(zhuǎn)錄組）

派森諾生物與山東元泰生物工程有限公司攜手合作，于近期在《Frontiers in Microbiology》上發(fā)表了內(nèi)生細菌促進擬南芥生長的研究成果。

研究背景

植物內(nèi)生細菌的鑒定和利用是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。在自然界中，植物可以與多種促進植物生長的內(nèi)生細菌共存肛循，這些細菌可通過增強寄主的養(yǎng)分獲取、固氮、獲取鐵和產(chǎn)生鐵載體的能力來促進寄主生長镣陕，也有研究認為，內(nèi)生細菌能產(chǎn)生促生長的植物激素姻政，如IAA呆抑、ACC等。然而目前內(nèi)生細菌促進寄主生長的分子機制仍無定論汁展。

野生植物面臨著復(fù)雜多變的生存環(huán)境和脅迫條件鹊碍，從這類物種中分離出的內(nèi)生細菌更有可能促進多種植物生長厌殉。因此，本研究旨在從野生植物中分離和鑒定內(nèi)生細菌侈咕，并對其促進植物生長的特性和參與內(nèi)生細菌-植物相互作用的主要分子事件進行研究公罕。

技術(shù)路線圖

研究結(jié)果

1、 內(nèi)生細菌的分離和鑒定

從野生植物：中華甜茅中分離出6種內(nèi)生細菌乎完，其中只有菌株SB001能夠穩(wěn)定定植熏兄。利用16s rRNA測序進行菌種鑒定和系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建，最終確定該菌株為高原芽孢桿菌Bacillus altitudinis（圖1）树姨。

圖1?內(nèi)生細菌SB001的16S rRNA系統(tǒng)發(fā)育樹

2摩桶、 菌株SB001促進不同植物的生長

隨后對內(nèi)生菌株SB001在不同植物種類中的促生長作用進行了評價。SB001處理后擬南芥生長顯著帽揪，表現(xiàn)在蓮座直徑硝清、葉片大小和鮮重顯著增加（圖2）。類似地转晰，SB001也顯著刺激了煙草和玉米植株的生長芦拿，然而其對大豆植株生長沒有顯著影響〔樾希總體而言蔗崎，這些結(jié)果表明，接種SB001后不同植物的營養(yǎng)生長都得到了一定程度的改善扰藕。

圖2?內(nèi)生細菌SB001顯著誘導(dǎo)擬南芥生長

3缓苛、 菌株SB001誘導(dǎo)植物生長相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平變化

擬南芥部分：

RNA-seq數(shù)據(jù)分析顯示，與對照擬南芥相比邓深，互作樣品中有368個差異表達的基因未桥，上調(diào)基因256個，下調(diào)基因112個（圖3）芥备。其中冬耿，成熟酶K、TPR-like超家族蛋白萌壳、LOB結(jié)構(gòu)域蛋白亦镶、BTB/POZ和TAZ結(jié)構(gòu)域蛋白在細菌-擬南芥互作過程中上調(diào)表達程度最高，而轉(zhuǎn)錄因子：TF ASR3讶凉、TF MYB90和O-甲基轉(zhuǎn)移酶家族蛋白在細菌-擬南芥互作過程中受到顯著抑制(表1)染乌。進一步對差異表達基因進行富集分析。GO富集分析顯示懂讯，富集程度最高的條目是NADH脫氫酶(醌)荷憋、NADH脫氫酶(泛素)活性、NADH脫氫酶和氧化還原酶（圖4 A）褐望；KEGG富集分析中勒庄，最值得關(guān)注的通路為氮代謝和氧化磷酸化途徑（圖4 B）串前。

圖3?差異基因的火山圖

表1?擬南芥部分最重要的差異表達基因（篇幅原因僅展示部分）

上調(diào)表達的基因中，成熟酶K基因的表達與發(fā)育階段实蔽、黃化以及發(fā)育和光合作用的調(diào)控過程有關(guān)荡碾，其上調(diào)表達可能通過增強光合作用對植物生長產(chǎn)生影響；TPR蛋白在植物激素信號（如GA局装、細胞分裂素和乙烯）傳遞中發(fā)揮重要作用坛吁；含有LOB結(jié)構(gòu)域的蛋白基因可編碼一些植物特異性轉(zhuǎn)錄因子，可調(diào)節(jié)植物器官發(fā)育铐尚、光形態(tài)建成拨脉、葉柄發(fā)育、激素反應(yīng)和代謝宣增；此外玫膀，BTB/POZ和TAZ結(jié)構(gòu)域蛋白基因在配子體發(fā)育過程中是必需的。下調(diào)表達的基因中爹脾，TF MYB90可能與植物生長相關(guān)：有研究表明帖旨，番茄TF AtMYB90的異源表達增加了番茄花青素的產(chǎn)量，抑制了番茄植株的生長灵妨。

圖4?差異基因的GO和KEGG富集分析

原核部分：

此外解阅，也在互作樣本中鑒定到3413個來自菌株SB001的基因。與對照組相比泌霍，互作樣本有22個基因上調(diào)瓮钥，8個基因下調(diào)。其中烹吵，MFS轉(zhuǎn)運體、蔗糖-6-磷酸水解酶桨武、磷酸ABC轉(zhuǎn)運體肋拔、DNA旋轉(zhuǎn)酶B亞基、多糖生物合成蛋白呀酸、絲氨酸磷酸酶和鞭毛生物合成蛋白的基因上調(diào)表達程度最高凉蜂。此外，延伸因子G性誉、2,3-丁二醇脫氫酶窿吩、二氫脂酰胺琥珀酰轉(zhuǎn)移酶、脯氨酸脫氫酶基因則受顯著抑制(表2)错览。

表2?原核部分最重要的差異表達基因（篇幅原因僅展示部分）

有研究表明纫雁，MFS轉(zhuǎn)運體促進不同分子的運輸，如糖倾哺、維生素轧邪、氨基酸和激素穿過細胞膜刽脖，該基因的高表達允許運輸重要的激素參與植物的生長；另外對擬南芥的旋轉(zhuǎn)酶-A基因進行沉默導(dǎo)致胚胎死亡忌愚，而對旋轉(zhuǎn)酶-B基因進行沉默則會嚴重影響其生長發(fā)育曲管，因此反推過表達旋轉(zhuǎn)酶基因可能促進植物生長。

綜上硕糊，內(nèi)生細菌SB001能夠通過激活植物生長的重要途徑院水，尤其是植物激素和轉(zhuǎn)錄因子的合成，從而促進其生長简十。

總 結(jié)

本研究從野生植物中華甜茅（Glyceria chinensis）中分離并鑒定了一種新的內(nèi)生細菌：SB001檬某。

通過16S rDNA測序，該細菌被鑒定為高原芽孢桿菌Bacillus altitudinis勺远。

溫室實驗證明橙喘，內(nèi)生菌SB001能促進不同植物的生長。

轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果表明胶逢，成熟酶K厅瞎、TPR樣超家族蛋白、LOB結(jié)構(gòu)域蛋白和BTB/POZ/TAZ結(jié)構(gòu)域蛋白可能參與了內(nèi)生菌SB001對擬南芥的促生作用初坠；此外和簸，在內(nèi)生菌中發(fā)現(xiàn)了與植物相互作用過程中主要促進因子：MFS轉(zhuǎn)運體和DNA旋轉(zhuǎn)酶亞基B。

這些新發(fā)現(xiàn)表明碟刺，內(nèi)生菌SB001可作為促進植物生長的有利候選源锁保，在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮重要作用。

本研究的互作轉(zhuǎn)錄組測序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技有限公司完成半沽。