IF:18.7 | 澳大利亚著名研究所联合南京农大在cell子刊发表小麦重要成果：4-氧代脯氨酸招募链霉菌，共筑抗旱防线

        在气候变化的影响下，干旱胁迫的发生频率和强度不断攀升，对全球初级生产力和生态可持续性构成了重大威胁。然而，植物并非孤立存在，它们与大量土壤和植物微生物相互作用，这些微生物会影响植物的生长以及对生物和非生物胁迫的抗性。

        2025年5月，著名期刊Cell Host Microbe上发表了一篇题为“Drought-induced plant microbiome and metabolic enrichments improve drought resistance”的研究成果，该研究通过对根际中代谢物、细菌群落和微生物功能基因进行相关性网络分析，表明了干旱条件下，小麦根际中4-氧代脯氨酸含量与S. coeruleorubidus之间存在强烈且显著的正相关关系。文章揭示了干旱条件下植物微生物组与代谢物变化增强植物抗旱性的奥秘，为未来植物胁迫研究提供了新思路。

文章题目：Drought-induced plant microbiome and metabolic enrichments improve drought resistance

期刊名称：Cell Host & Microbe

影响因子：18.7

发表时间：2025年5月

研究物种：小麦

研究方法：微生物组+代谢组

主要结果

        植物-微生物组互作在胁迫条件下对维持植物健康和生产力至关重要，然而干旱条件下的此类互作机制仍知之甚少。本研究以小麦为模型，结合基因组学和纯培养方法，探究了土壤、根系及根际微生物组与根际代谢组和植物表型的互作关系。研究发现，干旱胁迫可促进植物微生物组的菌落定植，显著富集Streptomyces coeruleorubidus和Leifsonia shinshuensis，同时根际4-氧代脯氨酸（4-oxoproline）水平升高，可能对S. coeruleorubidus产生吸引作用。此外，干旱条件下微生物响应相关基因，如编码N-末端乙酰转移酶rimJ基因显著富集，而回接S. coeruleorubidus和L. shinshuensis可增强宿主的干旱抗性。干旱遗留效应实验进一步证实，干旱条件下形成的微生物群落可在后续生长周期中提高植物生物量和产量。综上，本研究阐明了干旱诱导的微生物和代谢物富集如何增强植物对非生物胁迫的适应性，为开发缓解干旱影响的生物型工具提供了理论依据。

图1 研究干旱胁迫对小麦微生物群落的影响及其对植物适应的影响的实验设计示意图

图2 干旱和充分水条件下小麦根际代谢组分析及土壤微生物群落和代谢物网络分析

图3  4-氧代脯氨酸介导的S. coeruleorubidus富集增强了小麦抗旱能力

研究总结

        本研究成果显著提升了我们对植物-微生物互作在抵御干旱胁迫中作用的机制性认知。研究揭示了植物与微生物通过分子和代谢机制协同应对胁迫的过程：证据表明，植物在根际产生的4-氧代脯氨酸代谢物可招募S. coeruleorubidus，后者利用该代谢物生长并为宿主提供耐旱能力。然而，4-氧代脯氨酸如何影响（如招募、增强附着、定殖或增殖）该细菌在根系微生物群中的相对丰度，仍需进一步探究。该细菌携带的多种植物促生长（PGP）基因和代谢物，是其助力植物耐旱的分子基础。本研究鉴定的有益微生物不仅赋予小麦耐旱性，还对干旱胁迫下的生物量、地上部重量、根系发育和气孔密度等生长及生理指标产生积极影响。

         这些结果为靶向基因组和代谢组研究开辟了新方向，旨在解析抗逆性的内在机制。例如，明确已鉴定代谢物的功能角色及其与植物-微生物系统的互作关系，可全面阐释植物-微生物联合体对环境胁迫的响应机制。此外，该发现也为开发缓解环境胁迫对初级生产力负面影响的生物基工具提供了思路。若将研究成果拓展至田间试验，可深入揭示这些互作在自然环境（包括不同土壤类型、气候和微生物群落）中的表现，为农业实践提供更具应用价值的参考。

        百谱生物自主构建了植物70000种代谢物数据库，建立了高通量代谢组检测平台。植物广靶代谢组分析能够一次定量检测3000种以上代谢产物，更加适合大量样品的高通量、广覆盖的代谢组学分析，有利于全面有效地比较代谢物差异与解析代谢途径。

植物广靶代谢组数据库（7W+）