Harnessing biosynthesized selenium nanoparticles for recruitment of beneficial soil microbes to plant roots

作家：Chenyu Sun, Bin Sun, Lin Chen, Meilin Zhang, Pingping Lu, Mengfan Wu, Quanhong Xue, Qiao Guo, Dejian Tang, Hangxian Lai

期刊：Cell Host & Microbe

时间：2024.11.18

影响因子：30.3（2023）

著述摘抄

根系分泌物不错通过重塑根际微生物组来促进植物滋长和看护健康，而根际微生物合成的纳米硒颗粒是否在植物微生物组旁边中起着肖似的作用仍然未知。本参议中，从栽培在富硒泥土中的玉米根际永诀出大要合成纳米硒颗粒（SeNPs）的硒细菌。泥土外源施加SeNPs、细菌趋化性和生物膜酿成试验标明，SeNPs以剂量依赖的形势招募促生菌进而提升了植物性能。基于硒细菌合成群落试验、多组学分析和基因敲除考据，揭示了细菌-植物跨界信号级联介导的硒细菌高效合成SeNPs的机制：重要硒细菌芽孢杆菌产生的组胺信号刺激宿主植物根系分泌对香豆酸，硒细菌（如假单胞菌）的rpoS基因响支吾香豆酸进而积极调控SeNPs的合成。本参议揭示了一种招募宿主有意泥土微生物的新风光，为植物关联微生物组的定向旁边提供了新的念念路。

主要本质

1.硒细菌合成的纳米硒大要招募促生菌

从富硒泥土中栽培的玉米根际永诀出大要合成SeNPs的硒细菌。发现SeNPs大要以剂量依赖的形势教唆促生菌芽孢杆菌趋化性和生物膜酿成。此外，向取自不同地区的自然泥土中外源施加SeNPs相通大要富集宿主有意泥土微生物芽孢杆菌（图1）。这阐述了SeNPs在招募宿主有意泥土微生物中的进犯作用。

图1

2.芽孢杆菌是植物-微生物互作介导硒细菌高效合成SeNPs的重要细菌

商量到SeNPs对促生菌的召募和植物性能的提升呈现剂量依赖性效应，进一步揭示了植物-微生物系统中硒细菌高效合成SeNPs的机制。先前的参议发现，合成微生物群落（SynComs）在促进植物滋长和看护植物健康方面比单菌效果更好。因此，咱们将不同属的硒细菌立地构建了多个SynComs，每个SynCom含有3-5种硒细菌而细胞数目保执一致。率先，咱们测试了SynComs中的硒细菌之间是否存在互相作用促进SeNPs合成。发现单菌的SeNPs合收着力越高，由其构成的SynComs的SeNPs合收着力越高，但低于单菌。标明，硒细菌之间莫得成功互相作用促进SeNPs合成。

接下来，测试了植物根系分泌物是否参与调控硒细菌合成SeNPs。分根试验标明，在添加了滋长在灭菌泥土中的玉米根系分泌物后，扫数SynComs的SeNPs合成速度较不施加根系分泌物莫得显著变化。可是，含有芽孢杆菌的SynComs（举例SynCom19）在添加了接种该SynComs的植物根系分泌物后，SeNPs合收着力权贵提升，并进步了在不含根系分泌物培养下的扫数单菌。咱们还将SynComs接种下的植物根系分泌物添加到亚硒酸盐溶液中，莫得不雅察到SeNPs的产生，这摒除了根系分泌物中的化合物将亚硒酸盐化学回复为SeNPs的可能性。

在SynCom19的菌株水平上进行了测试，发现添加Bacillus sp. ZY519接种下的植物根系分泌物增多了扫数SynCom19菌株成员的SeNPs合成速度。这种根系分泌物莫得显著影响到SynCom19菌株成员的滋长。SynCom19其他成员菌株不具有该功能。上述抑制标明，芽孢杆菌算作重要细菌介导植物根系的代谢重编程，特异性地刺激根际硒细菌合成SeNPs（图2）。

图2

3.芽孢杆菌产生的组胺是介导硒细菌高效合成SeNPs的低级跨界信号

进一步测试了不同硒细菌代谢居品介导的根系分泌物变化是否影响硒细菌合成SeNPs。发现添加Bacillus sp. ZY519代谢物刺激下的植物根系分泌物增多了扫数SynCom19菌株成员的SeNPs合成速度。为了浮滑信号代谢物，对SynCom19菌株成员的代谢物进行非靶代谢组学分析。基于立地丛林、各异抒发分析和Mantel磨砺，Bacillus sp. ZY519产生的组胺被视为候选代谢物。通过组胺外源添加试验，阐述了该物资是由芽孢杆菌产生的介导硒细菌高效合成SeNPs的低级跨界信号（图3）。

图3

4.植物产生的对香豆酸是介导硒细菌高效合成SeNPs的次级跨界信号

基于广靶代谢组学揭示了组胺教唆的植物根系分泌物变化，不施加组胺为阴性对照，接种菌株ZY519为阳性对照。与阴性对照比较，组胺施加和ZY519接种下的植物根系分泌物中对香豆酸相称繁衍物的相对品貌及VIP值更高。基于Mantel磨砺，发现对香豆酸相称繁衍物的相对品貌与硒细菌的SeNPs合成速度权贵关联。进一步对候选代谢物对香豆酸进行功能考据，发现该物资的施加能促进硒细菌合成SeNPs，标明植物根系产生的对香豆酸是介导硒细菌高效合成SeNPs的次级跨界信号（图4）。

图4

5.对香豆酸通过上调硒细菌中的RpoS基因的抒发积极调控SeNPs合成

为了揭示硒细菌反应植物根系分泌物进而积极调控SeNPs合成的分子调控机制，对施加和未施加对香豆酸的硒细菌进行了转录组学分析。咱们重心参议了Pseudomonas sp. ZY71，因为与其他硒细菌比较，对香豆酸教唆该菌株SeNPs合收着力的增幅最高。基于各异抒发分析和共抒发集结分析，浮滑出了一个潜在的重要转录因子基因rpoS。通过基因敲除阐述了其功能——根系分泌物对香豆酸以rpoS依赖的形势介导Pseudomonas sp. ZY71高效合成SeNPs（图5）。此外，rpoS在组胺和对香豆酸介导的促生菌招募和植物促生中的作用也获取了考据。

图5

追溯

总之，本参议揭示了一个触及特定微生物和植物代谢物的跨界信号级联介导根际硒细菌高效合成SeNPs的机制。该机制有意于宿主有意泥土微生物在植物根际富集，从而提升了植物的性能。本参议为植物关联微生物组的定向旁边提供了新的念念路。

作家团队简介

来航路教导团队频年来以功能微生物相称代谢居品的根际微生物组及植物免疫调控为中枢，系统揭示了功能微生物介导下"植物-泥土-微生物"的互作关系，改善植物根际微生态的“功能微生物-土著微生物”互作机制及提升植物抗性、改善品性的“功能微生物-植物”互作机理，关联后果发表在Soil Biology and Biochemistry、Food Research International、Biology and Fertility of Soils、Plant and Soil等杂志上。

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