《Scientific Reports》：Microbial membrane transport genes in maize rhizosphere under fertilization – a preliminary study
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本研究针对施肥方式如何影响根际微生物功能这一关键问题，通过宏基因组学分析发现，施用8吨/公顷堆肥可显著提升膜转运基因（如secA、dppF、liv系列、ssuA等）丰度，揭示了肥料类型通过调控微生物物质转运通路重塑根际微生态的机制，为精准施肥提供新靶点。
在农业可持续发展领域，玉米根际微生态系统的功能调控一直是研究热点。随着集约化农业的发展，化学肥料的过度使用导致土壤微生物群落结构失衡、功能退化，进而影响作物养分利用效率。然而，关于不同施肥策略如何通过调控微生物膜转运系统来影响根际物质循环的研究仍较缺乏。
为探究这一问题，研究人员在《Scientific Reports》发表论文，通过对不同施肥处理下玉米根际土壤微生物DNA进行宏基因组测序，重点分析了微生物膜转运基因的分布规律。研究发现，施用8吨/公顷堆肥可显著提升膜转运基因丰度，其中secA（未折叠蛋白外排）、dppF（肽转运）、liv基因簇（疏水性氨基酸摄取）及ssuA/tauC（硫化合物转运）等关键基因响应最为显著。该研究首次系统揭示了肥料成分通过调控微生物物质转运网络影响根际生态功能的分子基础，为通过微生物靶向调控实现减肥增效提供了理论依据。
关键技术方法包括：采集不同施肥处理（含8吨/公顷堆肥组）的玉米根际土壤样本，通过宏基因组测序获取微生物基因序列，采用生物信息学分析鉴定膜转运基因家族及其丰度变化。
研究结果：
- 1.
膜转运基因谱系鉴定
通过宏基因组比对，共鉴定出32个操纵子群中的87个膜转运基因家族，涵盖糖类、维生素、氨基酸、金属/非金属、肽段等物质的跨膜运输功能。
- 2.
施肥对基因丰度的调控
堆肥施肥使secA（Sec分泌途径关键ATP酶）、dppF（二肽转运ATP结合蛋白）、livFGHKM（亮氨酸-异亮氨酸-缬氨酸转运系统）及ssuA/ssuC（烷基磺酸盐转运）、tauA/tauC（牛磺酸转运）等基因显著富集，表明微生物增强了蛋白外排、氨基酸摄取和硫代谢能力。
- 3.
功能通路关联分析
富集的基因主要参与细胞质蛋白外排、疏水性营养物质捕获和硫循环三大通路，其中secA介导的未折叠蛋白跨膜运输通路响应最强烈，提示施肥可能强化微生物的胞外蛋白分泌功能。
结论与讨论：
研究表明，施肥类型通过改变根际养分环境，直接调控微生物膜转运系统的基因表达格局。堆肥中的复杂有机物可能诱导微生物强化secA介导的蛋白外排和liv系列基因主导的氨基酸摄取，同时促进ssu/tau系统对有机硫的利用。该发现从膜转运分子层面揭示了有机肥提升土壤肥力的微生物学机制，为设计调控特定转运基因的智能肥料提供了新思路。未来需进一步验证这些基因表达量与微生物生理功能的因果关系，以及在不同作物系统中的普适性。
