《Plant Growth Regulation》：Transcriptomics and metabolomics analyses reveal the growth promoting effects of VOCs released by Clonostachys rosea f. catenulata on Arabidopsis Thaliana
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本研究针对植物促生微生物挥发性有机物(VOCs)作用机制不明的科学问题，通过多组学技术解析了Clonostachys rosea f. catenulata释放的VOCs对拟南芥(Arabidopsis thaliana)的促生效应。研究发现该真菌VOCs能显著提升拟南芥生物量（地上部鲜重增加26.79%）、根系发育（侧根数量增加178.34%）及光合指标（叶面积增加64.36%），并首次鉴定出2,4-二甲基-1-庚醇等关键活性成分。研究通过HS-SPME-GC-MS和转录代谢联合分析，揭示其通过苯丙烷生物合成、植物激素信号转导等通路调控植物免疫-生长平衡的分子机制，为微生物VOCs在可持续农业中的应用提供了理论依据。
在植物与微生物的隐秘对话中，挥发性有机物(VOCs)如同无形的信使，悄然调控着植物的生长命运。虽然某些真菌VOCs的促生作用已被发现，但对其分子机制的认知仍处于"黑箱"状态。特别是具有生防潜力的玫瑰绿僵菌串联变种(Clonostachys rosea f. catenulata)，其VOCs如何影响植物生长发育，至今仍是未解之谜。这一知识空白严重制约了微生物VOCs在农业领域的精准应用。
为揭开这一谜题，研究人员在《Plant Growth Regulation》发表了创新性研究。他们通过建立分室共培养系统，让拟南芥(Arabidopsis thaliana)在不直接接触真菌的条件下，仅通过空气中介的VOCs进行交流，结合多组学技术深度解析了其作用机制。
研究采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术鉴定VOCs成分，通过转录组测序和非靶向代谢组学分析植物响应机制，并利用ImageJ软件量化表型参数。实验材料包括来自中国科学院昆明植物研究所的拟南芥哥伦比亚生态型(Col-0)和实验室保存的玫瑰绿僵菌串联变种菌株。
玫瑰绿僵菌串联变种VOCs促进拟南芥幼苗生长和根系发育
通过分室培养实验发现，处理组拟南芥的根系结构发生显著变化：主根长度增加137.19%，侧根数量和长度分别提升178.34%和422.20%。地上部鲜重增加26.79%，叶面积扩大64.36%，叶绿素相关指标提升超15%。即使移除VOCs刺激后，处理组仍保持生长优势，且开花时间提前，角果数量显著增加。
鉴定玫瑰绿俏菌串联变种VOCs
质谱分析显示醇类化合物是主要成分，其中2,4-二甲基-1-庚醇相对含量达45.41%，其立体异构体(2S,4R)-(-)-2,4-二甲基-1-庚醇占34%，1-辛醇占19.36%。首次在微生物VOCs中报道的(E)-菖蒲烯含量较低。
通过转录组学分析理解拟南芥对玫瑰绿僵菌串联变种VOCs的响应
检测到1228个差异表达基因(DEGs)，其中476个上调，752个下调。GO富集分析显示DEGs主要富集在响应刺激、防御反应等生物过程，KEGG分析表明苯丙烷生物合成(ko00940)、植物激素信号转导(ko04075)和次生代谢物生物合成(ko01110)通路显著富集。
代谢组学分析揭示玫瑰绿僵菌串联变种VOCs的影响
鉴定出20个差异表达代谢物(DEMs)，包含氨基酸、有机酸和黄酮类物质。D-丝氨酸具有最高变量重要性投影(VIP)值，L-苏型-3-甲基天冬氨酸丰度变化最显著。KEGG富集分析显示细胞色素氨基酸代谢(ko00460)和植物次生代谢物生物合成(ko01060)通路活跃。
整合转录组学和代谢组学分析拟南芥暴露于玫瑰绿僵菌串联变种VOCs的反应
多组学整合表明VOCs触发拟南芥防御反应，同时协调调控氮代谢、碳水化合物代谢和植物激素水平。防御相关氨基酸如谷氨酸(Glu)、谷氨酰胺(Gln)和色氨酸(Trp)含量上升，而γ-氨基丁酸(GABA)下降。水杨酸(SA)积累伴随茉莉酸(JA)减少，生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)水平升高，赤霉素(GA)含量降低。基因表达模式显示植物可能从模式触发免疫(PTI)向效应触发免疫(ETI)过渡。
研究表明，玫瑰绿僵菌串联变种VOCs通过模拟病原信号激活植物免疫系统，引发水杨酸(SA)介导的系统获得性抗性(SAR)。同时，VOCs通过调控植物激素网络，重新分配碳氮资源，平衡免疫与生长间的权衡。这种独特的"免疫 priming"效应使植物在维持防御能力的同时，将更多资源投向生长发育，表现为根系构建、生物量积累和生殖生长的全面增强。
该研究首次系统揭示了玫瑰绿僵菌串联变种VOCs的组成及其促生机制，发现了(2S,4R)-(-)-2,4-二甲基-1-庚醇和(E)-菖蒲烯等新型活性成分。通过整合多组学技术，阐明了VOCs通过激素信号交叉对话和代谢重编程协调植物免疫与生长的分子基础。这些发现不仅深化了对植物-微生物气传信号交流的理解，更为开发基于微生物VOCs的绿色农业技术提供了理论支撑和实践路径，对推动可持续农业发展具有重要意义。
