Soil Biology and Biochemistry | 根际微生物组的呼救和自救策略共同缓解春小麦的干旱压力

          2025年4月，内蒙古自治区农牧业科学院路战远研究团队在《Soil Biology and Biochemistry》上在线发表了题为“Cry for help from rhizosphere microbiomes and self-rescue strategies cooperatively alleviate drought stress in spring wheat”的研究论文，该研究旨在通过结合非靶向代谢组、转录组、多样性和宏基因组，研究春小麦在干旱条件下的抗旱机制及其与根际微生物群落的相互作用。

         面对干旱胁迫，植物会调控自身形态并协调一系列功能适应。然而，植物与微生物组在应对干旱胁迫时的复杂互作关系尚未完全明晰。在此研究中，作者利用转录组和非靶向代谢组学技术，探究了春小麦抗旱相关的遗传和代谢变化，并通过扩增子测序和宏基因组学方法，研究根际微生物对这一过程的影响。

研究结果表明：

         植物功能响应：干旱条件下，春小麦中渗透调节、氧化应激和气孔调控等功能显著富集。

         根系分泌物变化：根际分泌物中海藻糖、蔗糖、龙胆二糖和脱落酸的相对丰度分别增加了18.7%、21.1%、4.8%和121.0%。

         跨组学网络分析：整合四组学数据构建的跨域网络显示，海藻糖生物合成通路的丰度显著增加，同时糖转运蛋白基因SWEET促进了蔗糖和海藻糖的分泌，进而在后续验证试验中富集了假单胞菌（Pseudomonas）和链霉菌（Streptomyces）。

         微生物功能验证：分离得到的Pseudomonas extremorientalis LS-8和Streptomyces cinereoruber LW-5可使春小麦地上部平均鲜重增加33%以上，并上调抗旱相关基因（TaLEA2、TaBADHb、TaWRKY10和TaERF3）的表达，从而增强抗旱性。

         本研究揭示了春小麦通过“自救”策略（自身代谢调节）与根际微生物“呼救”策略（招募有益菌群）的协同作用增强抗旱性的新机制，为提升春小麦的干旱适应能力提供了新方向。

图1 春小麦对干旱胁迫的形态生理反应、基因表达变化及代谢物富集

图2 干旱胁迫对春小麦根际微生物及其功能的影响

图3 干旱胁迫对春小麦功能基因、渗出物、根际微生物及其功能相互作用的影响

        在干旱条件下，春小麦强化了三项关键功能：渗透调节、氧化应激和气孔调控。与此同时，海藻糖、蔗糖、龙胆二糖和脱落酸等代谢物被激活以调节渗透压，维持水分平衡，共同构成了春小麦抗旱的“自救”策略（图4）。另一方面，海藻糖生物合成通路的增强和糖转运蛋白SWEET基因的大量表达促进了蔗糖和海藻糖的分泌，进而招募了假单胞菌（Pseudomonas）、链霉菌（Streptomyces）和Variovorax等有益抗旱微生物。这些微生物通过精氨酸生物合成、尿素循环和脱落酸生物合成等功能，增强了春小麦的抗旱能力，从而支持了春小麦通过“呼救”策略抵御干旱胁迫（图4）。总体而言，本研究揭示了春小麦抵抗干旱胁迫的复杂机制，尤其是植物与根际微生物组之间的互作关系，为增强作物的干旱适应能力提供了新的见解和策略。

图4 合作自救和呼救策略减轻了春小麦的干旱压力