综述：代谢组学与转录组学整合驱动合成微生物群落（SynCom）在水稻盐胁迫下的根际微生物组工程

《Journal of Plant Interactions》：Integrating metabolomics and transcriptomics for SynCom-driven rhizomicrobiome engineering in salinity-stressed rice

本综述系统探讨了合成微生物群落（SynCom）驱动根际微生物组工程在缓解水稻盐胁迫中的应用，重点整合代谢组学和转录组学方法以揭示植物-微生物互作机制。文章通过PRISMA框架系统回顾了相关研究，指出SynCom通过调节离子稳态（如SOS通路、OsHKT1;5、NHX1）、渗透调节（如脯氨酸、甘氨酸甜菜碱积累）及抗氧化防御（如SOD、CAT酶活性）等关键通路增强水稻耐盐性。同时，综述展望了人工智能（AI）模型、纳米包埋等创新技术对SynCom功能优化的潜力，为气候智能型水稻生产提供理论依据和技术路线图。

　　

引言

水稻（Oryza sativaL.）是全球超过半数人口的主粮作物，其安全生产对粮食安全至关重要。然而，土壤盐渍化问题因气候变化日益加剧，严重制约水稻产量，尤其在沿海地区。合成微生物群落（SynCom）驱动的根际微生物组工程作为一种新兴策略，通过调控植物应激反应、养分吸收和渗透保护等机制，有望增强水稻耐盐性。结合代谢组学和转录组学分析，能够深入解析植物适应盐环境的分子与生化基础，为可持续水稻栽培提供新思路。

气候变迁对盐胁迫的影响机制

盐胁迫通过离子毒性、渗透胁迫和氧化胁迫等多途径影响水稻生长发育。土壤中过量的钠离子（Na⁺）和氯离子（Cl^-）破坏离子稳态，抑制水分和养分吸收，导致叶片萎蔫、生物量下降及产量损失。水稻通过激活盐过度敏感（SOS）信号通路（包括SOS1、SOS2、SOS3组分）、上调高亲和性钾转运蛋白（OsHKT1;5）表达及液泡Na⁺/H⁺逆向转运蛋白（NHX1）活性，实现Na⁺外排或区隔化。同时，渗透调节物质（如脯氨酸、甘氨酸甜菜碱）的积累和抗氧化酶系统（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT）的激活，共同维持细胞渗透平衡和氧化还原稳态。

盐胁迫还显著改变根际微生物群落结构。耐盐水稻品种能富集有益微生物（如假单胞菌Pseudomonas、芽孢杆菌Bacillus），这些菌群通过产生植物激素（如生长素IAA）、合成胞外多糖及调节乙烯前体（ACC）代谢，增强植物抗逆性。而盐敏感品种的根际微生态易失衡，病原菌（如镰刀菌Fusarium）丰度增加，加剧胁迫危害。

SynCom驱动的根际微生物组工程

SynCom是由特定功能微生物菌株理性设计的群落，其构建需结合功能筛选与生态学原理。常见策略包括：组装具备互补特性的多菌株 consortium（如固氮菌Azospirillum、溶磷菌Bacillus）、基于宿主基因型定制菌群、以及利用合成生态学原理优化群落稳定性。研究表明，含* Stenotrophomonas maltophilia* 或Streptomyces的SynCom能降低土壤钠含量，提高叶绿素含量和生物量。此外，通过CRISPR干扰技术编辑Methylobacterium oryzae的乙烯合成途径，可进一步促进水稻生长。

创新工程策略如生物膜工程、纳米包埋和生物炭改良剂，能提升SynCom在盐渍土壤中的存活率和功能持久性。例如，纳米黏土包埋的菌剂可使水稻根系微生物定殖率提高50%，产量增加25%；而生物炭载体能改善土壤团聚结构，增强养分保留能力。

多组学整合策略

代谢组学通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）等技术，解析根系分泌物和微生物次生代谢物（如渗透调节物、黄酮类化合物），揭示盐胁迫下植物-微生物互作的化学对话。例如，耐盐品种"Surin"在SynCom干预后脯氨酸积累量提升200%。转录组学（如RNA-seq）则显示SynCom激活水稻中超过1200个应激相关基因，涉及激素信号（ABA、乙烯）、离子转运（OsHKT1;5）及抗氧化通路。

多组学整合通过关联代谢物丰度与基因表达，发现微生物诱导的植物基因重编程能协同增强耐盐性。机器学习模型可预测关键微生物功能群与植物表型的关联（准确度达89%），为精准设计SynCom提供数据支撑。

未来展望与研究空白

当前研究需突破SynCom在田间环境下的稳定性瓶颈，开发适应区域特征的AI预测模型。长期定位试验应验证SynCom在不同盐梯度土壤中的增产效果，并结合宏基因组学（shotgun metagenomics）和培养组学（culture-omics）挖掘未培养微生物的功能潜力。政策层面需建立微生物制剂的安全标准，并通过农户培训促进技术落地。最终，多组学驱动的根际微生物组工程将助力构建抗盐、高产的水稻生产体系，推动气候智能型农业的发展。