综合多组学分析揭示了外源植物生长调节剂在Vulpia myuros轮作条件下对烟草根际的影响

《BMC Plant Biology》：Integrated multi-omics profiling reveals effects of exogenous plant growth regulators on tobacco rhizosphere under Vulpia myuros rotation

土壤退化威胁农业可持续性，PGRs与覆盖作物协同作用对微生物及代谢网络的影响机制。通过16S rRNA和ITS测序及代谢组学分析发现，NaHS增强真菌多样性及苯丙烷类代谢，VB?促进Firmicutes-Proteobacteria协作，多元维生素刺激酚类抗氧化物合成，谷氨酸调控脂质代谢。微生物-代谢互作网络揭示PGRs通过重塑菌群互作关系（合作/竞争/中心化）优化根际生态功能，提升作物抗逆性，为优化PGRs-覆盖作物系统提供机制基础。

　　

摘要

背景

土壤退化对农业可持续性构成了严重威胁。将植物生长调节剂（PGRs）与覆盖作物系统结合使用，是一种提高土壤健康和植物抗逆性的有前景策略。然而，PGRs与覆盖作物对土壤微生物群落及植物代谢的协同作用仍不明确。

结果

在Vulpia myuros轮作体系中，外源PGRs对烟草根际微生物组和代谢网络产生了显著影响。通过对16 S rRNA和ITS区域的高通量测序发现，NaHS处理增强了真菌多样性，促进了有益的腐生菌类，并激活了苯丙素和木质素代谢。基于VB?的处理方式调节了细菌群落，丰富了Firmicutes–Proteobacteria之间的合作关系，并促进了鞘脂、辅酶和氨基酸代谢途径；而复合维生素处理则促进了微生物间的协同作用，增强了酚类抗氧化剂和次级代谢产物的生成。谷氨酸虽然维持了整体微生物多样性，但也诱导了一些稀有菌类的出现，改变了脂质和神经酰胺的代谢，并激活了神经递质和氨基酸代谢途径。综合代谢组学与微生物组分析揭示了处理方式特定的微生物-代谢物相互作用，包括脂质重塑、污染物降解和酚类物质的激活，表明微生物变化与代谢重编程密切相关。网络分析表明，PGRs通过不同的方式调节微生物的共存模式，增强了微生物间的合作或竞争关系，从而共同优化了根际生态功能和植物的抗逆能力。

结论

我们的研究发现表明，外源PGRs能够改变根际微生物群落和代谢网络，从而提高覆盖作物系统中植物的抗逆能力。这些结果为优化PGRs与覆盖作物的协同作用提供了机制基础，有助于改善土壤健康和作物抗逆性。