李哲斐教授揭示根瘤内生菌帮助根瘤菌适应盐碱胁迫机制

近日，我室李哲斐教授在《ISME Journal》上发表了题为“Bacillus populations restore amino acid metabolism in Mesorhizobium under saline-alkali stress to enhance nitrogen fixation efficiency”的研究论文。该研究揭示了根瘤内生芽孢杆菌通过向根瘤菌提供关键代谢物来修复盐碱胁迫下根瘤菌受损的支链氨基酸代谢途径，从而提高了共生固氮效率。博士生艾加敏为该论文第一作者，李哲斐教授和延安大学邓振山教授为论文共同通讯作者。

根瘤菌和豆科植物形成的根瘤是执行固氮功能的特殊结构。然而，在根瘤内同时存在大量的非根瘤菌内生菌（NREs），它们在非生物胁迫条件下对固氮的贡献尚不清楚。该研究以野生豆科白刺花为研究对象，通过分析根瘤内细菌群落共发生网络中的关键类群，鉴定出一株芽孢杆菌，该菌株能有效提高中慢生根瘤菌在盐碱胁迫下的存活率。 

研究结果表明，在盐碱条件下，根瘤菌 YC-39的ilvA、ilvH和ilvD表达下调，(2S)-异丙基苹果酸酯和琥珀酸含量降低，而芽孢杆菌 BT-9-1的这些代谢物合成量增加。这些结果均证明，芽孢杆菌以交叉饲养方式将这些代谢物提供给根瘤菌，从而可以恢复根瘤菌在盐碱环境中受损的支链氨基酸合成途径和TCA循环。

最终，该研究通过共接种芽孢杆菌和根瘤菌剂，并添加(2S)-异丙基苹果酸酯和琥珀酸的方式极大地提高了根瘤的固氮效率，为豆科作物-根瘤菌共生体系适应非生物胁迫提供了新思路。

该研究得到国家自然科学基金项目（32160003和42277317）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag087