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青海省寒区恢复生态学重点实验室研究发现黄绿蜜环菌的挥发性有机化合物调节拟南芥的植物生长和代谢

        土壤微生物产生的挥发性有机化合物(VOCs)可调控植物的生长发育。黄绿蜜环菌是一种食用菌,有利于青藏高原高山草甸植物的生长。为阐明黄绿蜜环菌VOCs介导植物生长发育的生理和分子机制,中科院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室与山西农业大学、青海师范大学等单位进行合作,开展了黄绿蜜环菌挥发性有机化合物调节拟南芥的植物生长和代谢研究。利用1/2 MS中生长的拟南芥幼苗,综合生理学、遗传学、转录组和代谢组分析,研究黄绿蜜环菌产生的VOCs对根系发育和幼苗生长的影响。研究发现:黄绿蜜环菌VOCs处理通过抑制辅助素外排载体PIN-FORMED 2(PIN2)蛋白的丰度,加重了辅助素的积累,从而抑制了原生根的生长,增加了拟南芥幼苗的侧根数量。除了调节根系结构外,黄绿蜜环菌VOCs处理明显增加了地上部分的生长。转录组和代谢组分析进一步支持了黄绿蜜环菌VOCs通过诱导碳/氮代谢和抗氧化防御,同时抑制一些次生代谢和氨基酸分解途径来调节植物生长发育的观点。结论:应用黄绿蜜环菌VOCs通过辅助素途径诱导植物根系结构的变化,调节植物的代谢,从而促进植物生长。

图1 黄绿蜜环菌VOCs调控拟南芥幼苗的根系结构

图2 黄绿蜜环菌VOCs改善拟南芥的生长。 a对拟南芥幼苗进行黄绿蜜环菌VOCs处理两周的图像,鲜重(b)和干重(c)

图3黄绿蜜环菌VOCs调控参与氨基酸代谢、碳水化合物代谢、氮代谢、细胞壁修饰、抗氧化防御和金属运输的基因的表达 (五日龄的拟南芥幼苗接受黄绿蜜环菌VOCs处理3天)

        该研究结果于2020年9月以"The volatile organic compounds of Floccularia luteovirens modulate plant growth and metabolism in Arabidopsis thaliana"为题在线发表在Top一区期刊《Plant and Soil》上(2018-2019年最新影响因子3.299)。青海省寒区恢复生态学重点实验室周华坤研究员为通讯作者。

        论文链接:https://doi.org/10.1007/s11104-020-04709-8。该研究得到了国家重点研发计划(2016YFC0501901)、青海省基础研究计划(2019-ZJ-7033)、青海省创新平台建设项目(2017-ZJ-Y20)、第二次青藏高原科学考察与研究(STEP)计划(2019QZKK0302)等项目的资助。