水稻SST的变化改变根际菌群，通过调节土壤代谢物增加它的对盐胁迫的耐受性

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吹不出褶的平静日子，也在闪光。

水稻SST的变化改变根系周围菌群，通过调节土壤代谢物增加它的对盐胁迫的耐受性

Rice SST Variation Shapes the Rhizosphere BacterialCommunity, Conferring Tolerance to Salt Stress throughRegulating Soil Metabolites

  • 第一作者：Tengxiang Lian，a Yingyong Huang

  • 通讯作者：Tao Lan

摘要

一些植物特异性抗性基因通过调节根系分泌物的释放来影响根际微生物。在之前的研究中，水稻(Oryza sativa)中发现了SST(幼苗耐盐)基因，SST功能的丧失使植物对盐胁迫的适应能力增强。然而，水稻生长抑素变化是否通过调节土壤代谢产物和根际微生物群来缓解盐胁迫仍是未知的。本研究利用CRISPR/Cas9系统在黄花展(HHZ)和中华11 (ZH11)品种中编辑了SST基因的转基因植株，发现SST功能的丧失增加了水稻植株钾离子的积累，减少了钠离子的积累。通过16S rRNA基因扩增子高通量测序，我们发现突变体材料在无盐胁迫下改变了根际细菌的组合。重要的是，盐胁迫下，sst、HHZcas和ZH11cas植物显著改变了根瘤菌的组装。此外，水稻SST基因还影响土壤代谢产物，这些代谢产物与根际微生物群落动态密切相关，进一步确定了根际微生物与土壤代谢产物之间的关系。总的来说,我们的结果显示基因在水稻生长抑素基因在盐胁迫以及土壤根系周围微生群落和代谢物反应方面的影响，此研究揭示了一个很有帮助的联系，即水稻生长抑素基因，土壤代谢物，以及根际微生物群落之间的联系，此次研究也证明了通过土壤微生物管理实践提高农作物适应性的理论基础。

Some plant-specific resistance genes could affect rhizosphere microorganisms by regulating the release of root exudates. In a previous study, the SST(seedling salt tolerant) gene in rice (Oryza sativa) was identified, and loss of SSTfunction resulted in better plant adaptation to salt stress. However, whether the riceSST variation could alleviate salt stress via regulating soil metabolites and microbiotain the rhizosphere is still unknown. Here, we used transgenic plants with SST editedin the Huanghuazhan (HHZ) and Zhonghua 11 (ZH11) cultivars by the CRISPR/Cas9system and found that loss of SST function increased the accumulation of potassiumand reduced the accumulation of sodium ions in rice plants. Using 16S rRNA geneamplicon high-throughput sequencing, we found that the mutant material shiftedthe rhizobacterial assembly under salt-free stress. Importantly, under salt stress, thesst, HHZcas, and ZH11cas plants significantly changed the assembly of the rhizobacteria. Furthermore, the rice SST gene also affected the soil metabolites, which wereclosely related to the dynamics of rhizosphere microbial communities, and we further determined the relationship between the rhizosphere microbiota and soil metabolites. Overall, our results show the effects of the rice SST gene on the responseto salt stress associated with the soil microbiota and metabolites in the rhizosphere.This study reveals a helpful linkage among the rice SST gene, soil metabolites, andrhizobacterial community assembly and also provides a theoretical basis for improving crop adaptation through soil microbial management practices

主要结果

  • 图一　NaCl和sst基因对水稻根际土壤细菌Shannon多样性指数的影响

  • 图二) 韦恩图展示处理之间差异的OTU-图三筛选涉及关键差异表达代谢产物的代谢通路图。

-图三 筛选涉及关键差异表达代谢产物的代谢通路图。

  • -图四分析根系微生物和土壤代谢物之间的相关性，HHZ和HHZcas植物在不同盐度条件下有显著不同

根际互作生物学研究室 简介

根际互作生物学研究室是沈其荣教授土壤微生物与有机肥团队下的一个关注于根际互作的研究小组。本小组由袁军副教授带领，主要关注：1.植物和微生物互作在抗病过程中的作用；2 环境微生物大数据整合研究；3 环境代谢组及其与微生物过程研究体系开发和应用。团队在过去三年中在 isme J， Microbiome， PCE，SBB，Horticulture Research等期刊上发表了多篇文章。欢迎关注 微生信生物 公众号对本研究小组进行了解。

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