利用肠杆菌（Enterobacter cloacae）生物强化紫稷（Pennisetum purpureum）后，对其铅胁迫耐受性的代谢组学和系统生物学研究

《Archives of Microbiology》：Metabolomic and systems biology insights into lead stress tolerance of Pennisetum purpureum bioaugmented with Enterobacter cloacae

铅污染影响植物生长和生态系统健康，本研究通过整合系统生物学与代谢组学，解析紫花高粱与肠杆菌协同修复铅污染的机制。代谢物-基因网络发现31种植物代谢物和65种微生物代谢物与铅吸收及抗氧化相关，关键代谢物如抗坏血酸、谷氨酰胺通过APX1、GLU1等基因参与抗氧化和金属螯合。生物强化实验证实补充抗坏血酸和谷氨酰胺（各100 μg/L）显著提升植物生长及铅耐受性，GC-MS检测到根系分泌物中新型代谢物（如3-巯基苯酚、苯乙胺）与植物活力增强相关。该研究为多组学整合解析植物-微生物协同修复机制提供新范式。

　　

摘要

铅（Pb）污染严重影响了植物生长和生态系统健康。本研究结合系统生物学和代谢组学，阐明了添加了Enterobacter cloacae的Pennisetum purpureum对铅胁迫的耐受机制。基于网络的代谢物-基因映射发现了31种植物代谢物和65种微生物代谢物，这些代谢物与铅的吸收及氧化应激的缓解有关。关键化合物如抗坏血酸、谷氨酰胺、肠肽和甲硫氨酸与目标基因APX1、GLU1、entF和metG相关联，表明它们具有抗氧化和金属螯合作用。通路富集分析显示抗坏血酸、谷胱甘肽、甲硫氨酸和铁载体生物合成途径被激活。盆栽实验证实，在添加了100 μg L?1抗坏血酸和谷氨酰胺的生物强化系统中，植物生长和铅耐受性得到了增强。根系分泌物的气相色谱-质谱（GC-MS）分析验证了这些发现，检测到了与植物活力提升相关的独特代谢物，如噻吩-3-醇和苯乙胺。这些结果为利用多生物系统代谢组学进行植物修复以及设计有效的植物-微生物联合策略以去除铅提供了机制框架。