npj Biofilms and Microbiomes細菌群落的整體湧現特性誘導了擬南芥的乾旱抗性（一作解讀）

「來源： ｜植物與根際微生物生態 ID：lida20200225」

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題目：Emergent bacterial community properties induce enhanced drought tolerance in Arabidopsis

細菌群落的整體湧現特性誘導了擬南芥的乾旱抗性

通訊作者：Sren J. Srensen & Mette Burmlle

第一作者：楊楠(博士研究生)

單位：哥本哈根大學生物系

原文連結：https：//www。nature。com/articles/s41522-021-00253-0

摘要

乾旱嚴重限制了植物生產且全球變暖正在加重對作物的乾旱脅迫。很多資料已經揭示了某些單個菌株能夠影響植物的脅迫抗性。然而，微生物群落的整體湧現特性（emergent properties）對植物乾旱抗性的影響在很大程度上還未被探索。一個由四個細菌組成的微生物小群體（嗜根寡養單胞菌， 黃單胞桿菌， 氧化微桿菌和解澱粉類芽孢桿菌，縮寫為SPMX）比群體中單個成員能夠協同地產生更多生物膜（bioflims）和生物量。因此，我們在擬南芥的根際接種了微生物群體SPMX來調查它對乾旱脅迫下的植物和其根際微生物組的影響。我們發現SPMX顯著地提高了植物在21天干旱脅迫下的存活率，誘導了植物的乾旱抗性，而SPMX中的個體成員沒有提高植物的乾旱抗性。這個結果表明植物提高的乾旱抗性來源於SPMX潛在的整體湧現特性。此外，增加的乾旱抗性與SPMX處理後植物持續的葉綠素含量和內源的脫落酸（ABA）訊號傳導相關。我們還進一步發現接種的SPMX幫助穩定了植物根際微生物群落的結構和多樣性。這些由SPMX誘導的變化有助於植物在乾旱中生長，同時也潛在地增加了植物的乾旱抗性。這項工作可能有助於啟發未來探索微生物群落的整體湧現特性來提高植物抗乾旱脅迫。

主要結果圖片

圖1：SPMX以及識了群落個體對擬南芥在21天干旱脅迫下存活率的影響。實驗設計（a），菌落恰部節形態（b），SPMX的整體湧現特性提高了乾旱抗性（c-f），SPMX在植物根部形成生物膜（械鍵嘔g）。

圖2：SPMX對擬南芥植物在乾旱中生長表型的影響。

圖3：SPMX誘導了內源ABA合成基因的表達（a-b），相應外部的乾旱脅迫壓力基因表達水平降低（c-d）。SPMX影響ABA訊號通路示意圖（e）。

圖4：SPMX於正常（under water）和乾旱條件（under drought）下在根部相關的微生物群落中（rhizosphere and rhizoplane）的相對丰度比較。

圖5：乾旱脅迫和SPMX分別對植物根部微生物群落（rhizosphere and rhizoplane）的組成和多樣性的影響（a-c）。隨機森林（d）。