荧光假单胞菌RHBA17通过ROS/RNS-生长素信号与碳代谢重编程调控马铃薯密度依赖性生长的基因组与生理机制解析

本研究针对荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）种群密度依赖性调控马铃薯生长的分子机制不明问题，通过分离鉴定Codonopsis pilosula根际菌株RHBA17，结合全基因组测序（6,462,390 bp）与多组学分析，揭示高密度接种（105 CFU/mL）通过ROS/RNS-生长素信号干扰（71%基线）和β-淀粉酶激活（51%升高）抑制马铃薯生长，为微生物接种剂安全应用提供理论依据。

　　

研究背景与意义
土壤微生物与植物的互作是农业生态系统的核心课题，其中荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）作为典型的植物根际促生菌（PGPR），通过分泌生长素（IAA）、溶解磷素等机制促进作物生长。然而，这种“益生”特性存在显著悖论：低密度接种显著提升马铃薯产量，而高密度反而抑制发育，其分子机制长期未明。马铃薯作为全球第四大粮食作物，其产量受根际微生物调控的影响尤为突出。既往研究虽发现P. fluorescens ATCC 13525的磷 solubilization功能，但密度依赖的“促生-抑制”转换机制及相关的碳代谢-激素信号交叉调控网络仍是空白。

兰州理工大学的研究团队以Codonopsis pilosula根际分离的P. fluorescens RHBA17为对象，通过对比标准菌株ATCC 13525，系统解析了密度依赖性生长调控的基因组基础与生理效应。研究成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》，首次阐明高密度菌群通过活性氧/氮物种（ROS/RNS）扰乱生长素信号、驱动淀粉代谢失衡的分子路径，为微生物肥料精准施用提供了关键靶点。

关键技术方法
研究采用全基因组测序（Illumina平台）解析RHBA17的5935个编码基因；通过HPLC测定IAA产量（2.1 ± 0.3 μg/mL）；qPCR分析auxin信号基因表达；MS培养基共培养模拟根际环境；SOD活性（153.56 U/g）和光合速率（19.38 μmol CO₂
/m²
/s）量化氧化应激与碳代谢响应。

研究结果

1. 菌株特性与基因组特征
RHBA17基因组携带pstB/ugpC等生态位适应基因，与ATCC 13525的pchC通路形成分化。其PGP功能模块包括IAA合成、ACC deaminase（4.8 μmol α-KB/mg蛋白/h）和铁载体（56%单位），但高密度接种（10⁵
CFU/mL）导致马铃薯生物量下降22%。

2. 密度依赖性生理调控
低密度（10¹
CFU/mL）促进38%茎生长，而高密度触发SOD活性激增和光合碳流重分配。β-淀粉酶上调51%表明淀粉过度降解，与auxin信号减弱（71%基线）共同构成生长抑制核心机制。

3. 分子互作网络
转录组揭示ROS/RNS爆发抑制auxin响应元件，同时激活ugpC介导的糖转运，导致碳源从生长向应激防御倾斜。

结论与意义
该研究确立了P. fluorescens密度效应的“双刃剑”模型：低密度通过IAA-ACC deaminase协同促生，而高密度引发ROS/RNS-auxin信号解偶联与碳代谢紊乱。发现pstB/ugpC与pchC的基因组分化为菌株特异性定殖提供依据，提出的10³
CFU/mL安全阈值对微生物肥料产业化具有指导价值。研究从能量-氧化还原-激素三维互作视角，革新了根际微生物调控作物发育的理论框架。