链霉菌Act12通过协调植物激素与代谢通路增强小麦根系耐旱性的多组学整合研究

为解决小麦干旱胁迫下根系发育受限和耐旱机制不明的问题，研究人员通过盆栽实验结合转录组与代谢组多组学技术，揭示了链霉菌Streptomyces pactum Act12通过协同调控植物激素信号（IAA、ABA等）和关键代谢通路（糖酵解、TCA循环、甘油磷脂代谢），显著提升小麦根系抗氧化酶活性（SOD增加23.7%）、渗透调节物质（脯氨酸积累265.8%）及细胞膜稳定性（MDA降低39.0%），为开发基于链霉菌的抗旱生物制剂提供理论依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为威胁小麦产量的首要非生物胁迫因素，年均造成约20%的产量损失，重旱区甚至高达50%。作为最先感知干旱的器官，小麦根系的结构优化与功能强化是抗旱关键，但仅依赖植物自身调控机制难以应对极端干旱。植物根际促生菌（PGPR）因其多重抗逆功能成为研究热点，其中链霉菌（Streptomyces）以其卓越的代谢多样性和环境适应性备受关注。然而，链霉菌如何通过激素信号与代谢网络协同调控小麦根系耐旱性，仍是未解之谜。

山西农业大学小麦研究所的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究中，通过盆栽实验结合转录组和代谢组多组学技术，系统解析了链霉菌Streptomyces pactum Act12增强小麦根系耐旱性的分子机制。研究采用盆栽实验测定根系形态与生理指标，通过Illumina NovaSeq平台进行转录组测序，并利用UPLC-ESI-MS/MS技术开展广泛靶向代谢组分析，整合WGCNA网络构建与OPLS-DA模型解析关键通路。

Act12促进小麦根系构型优化
干旱胁迫下，Act12处理使小麦根系总长度、表面积、根尖数分别显著增加48.5%、109.8%和66.0%。转录组分析发现，Act12通过双重调控机制协调生长素（IAA）和乙烯（ETHY）信号：一方面上调AUX1-TIR1-ARF7通路促进侧根分化，另一方面通过抑制CTR1并激活ETR1-EIN2维持乙烯信号适度水平，避免高浓度乙烯对根伸长的抑制。

抗氧化与渗透调节系统激活
Act12使超氧化物歧化酶（SOD）活性提升23.7%，丙二醛（MDA）含量降低39.0%。代谢组显示脯氨酸含量激增265.8%，与其合成关键基因P5CS上调及降解基因ProDH下调密切相关。这种抗氧化与渗透调节的协同作用，显著缓解了干旱诱导的氧化损伤。

能量代谢与膜稳定性重塑
多组学整合分析揭示，Act12通过糖酵解-TCA循环-甘油磷脂代谢的级联调控增强耐旱性：

1. 糖酵解通路中D-葡萄糖-6-磷酸（D-Glucose 6-Phosphate）积累，推动丙酮酸脱氢酶（PDH）表达上调，促进能量供应；
2. TCA循环关键中间产物琥珀酸（Succinate）增加，为抗逆反应提供能量基础；
3. 甘油磷脂代谢中甘油-3-磷酸（Glycerol 3-Phosphate）及其衍生物显著富集，通过上调GPAT（甘油-3-磷酸酰基转移酶）表达增强细胞膜稳定性。

该研究首次从激素-代谢网络互作角度，阐明了链霉菌Act12通过“根系构型优化-抗氧化防御-能量供应保障-膜系统维护”的多维调控模式增强小麦耐旱性。田间试验已证实Act12可使小麦增产15%-20%，为开发新一代抗旱微生物制剂提供了精准靶点。其创新性在于发现链霉菌能协调IAA/乙烯信号平衡，并通过糖酵解与甘油磷脂代谢的跨通路协同作用实现抗逆增效，为作物抗逆育种和绿色农业实践开辟了新思路。