磷是植物必需的元素之一，磷缺乏会严重阻碍植物的生长发育。白羽扇豆（Lupinus albus L.）是耐低磷研究的模式作物。 在低磷胁迫下，白羽扇豆通过产生排根（cluster root，CR）来高效活化与吸收土壤难利用磷，且排根的建成受内源激素信号和外界环境因素的协同调控。研究表明，解淀粉芽孢杆菌SQR9是一种典型植物根鞘促生菌，能促进植物侧根生长和养分吸收。但是SQR9能否影响白羽扇豆排根建成以及其内在机制尚不清楚。
近日，福建农林大学菌草与生态学院许卫锋团队在Plant Physiology发表了题为“Bacillus amyloliquefaciens promotes cluster root formation of white lupin under low phosphorus by mediating auxin levels”的研究论文，解析了植物根鞘促生菌在低磷胁迫下调控白羽扇豆排根建成的机制，为促进作物高效利用土壤磷素提供了理论和实践依据。
该研究首先通过荧光标记发现解淀粉芽孢杆菌SQR9能定殖在白羽扇豆根中，接种后能显著增强排根的建成。药理学分析表明，生长素可能参与SQR9诱导的白羽扇豆排根建成。随后利用野生型SQR9及其生长素合成缺陷突变体ysnE进行接种实验，发现SQR9通过分泌生长素促进排根建成。此外，结合转录组和qRT-PCR分析发现，白羽扇豆生长素合成基因LaYUC4和生长素转运基因LaPIN2可能参与SQR9诱导的白羽扇豆排根建成。进一步，使用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术下调LaYUC4和LaPIN2基因表达后，白羽扇豆排根建成受到显著抑制。同时，通过微生物回接实验，证明了植物源生长素和细菌源生长素共同由LaPIN2转运，进而促进白羽扇豆排根建成。综上所述，该研究揭示了解淀粉芽孢杆菌SQR9通过生长素途径调控白羽扇豆排根建成的机制，为磷高效利用农作物培育提供新的思路。
解淀粉芽孢杆菌SQR9调控白羽扇豆排根建成的机制
福建农林大学菌草与生态学院为本研究第一完成单位，福建农林大学菌草与生态学院2020级博士研究生杨金勇为论文第一作者。福建农林大学菌草与生态学院许卫锋教授、许飞云副教授、香港浸会大学张建华教授和安利（中国）植物研发中心董刚强研究员为该论文的共同通讯作者。团队成员刘建平副教授、张仟副教授和李胜兰博士也参与了该工作。感谢南京农业大学张瑞福教授惠赠了菌株（解淀粉芽孢杆菌SQR9、绿色荧光标记菌株SQR9-GFP和ysnE突变菌株）。该研究工作得到了国家科技重大项目子课题（2023ZD040720206、2023ZD040720203）、国家自然科学基金（32472825、42307419）、安利（中国）植物研发中心（BZ20230013Z）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiae676
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