番茄根系生长微生物标记物的发现：基于Rubisco活性调控因子的分子机制研究

本研究针对微生物促进番茄根系生长的分子标记筛选难题，通过RNAseq和qPCR技术鉴定出两个与Rubisco活性调控相关的关键基因SlSNAT2和Rca，其表达水平与根系发育显著相关。该发现为高通量筛选植物根际促生菌(PGPR)提供了新型分子标记，对设施农业中微生物肥料开发具有重要指导意义。论文发表于《FEMS Microbiology Ecology》。

　　

在现代设施农业中，如何精准调控作物根系发育一直是困扰研究者的难题。番茄作为全球重要的经济作物，其根系构型直接影响水分养分吸收效率，而传统根系测量方法存在破坏性强、通量低等局限。更棘手的是，虽然已知某些微生物能促进植物生长，但缺乏快速筛选有效菌株的分子标记，这严重制约了微生物肥料的产品开发。针对这些关键问题，瓦赫宁根大学的研究团队开展了一项创新性研究。

研究人员采用X射线显微断层扫描(X-ray microtomography)这种非破坏性成像技术，结合转录组学分析，在番茄幼苗中成功鉴定出两个与根系发育显著相关的分子标记。这项突破性成果发表在微生物生态学权威期刊《FEMS Microbiology Ecology》上，为植物-微生物互作研究提供了新思路。

研究主要采用了三种关键技术：1) 基于石棉栽培系统的微生物处理实验设计；2) X射线显微断层扫描进行三维根系表型分析；3) RNAseq转录组测序结合qPCR验证的分子标记筛选策略。样本来自16种不同来源的微生物菌株处理的番茄植株。

<结果1：微生物处理对番茄根系发育的影响>
通过比较16种微生物处理的效果，发现Verrucomicrobium subdivision 1菌株（特别是Z35）处理显著促进番茄根系生长。X射线显微断层扫描显示，处理组根系长度比对照组增加5倍，且与地上部生物量呈正相关。这证实了特定微生物确实能调控番茄根系构型。

<结果2：差异表达基因的筛选>
RNAseq分析鉴定出21个与根系发育相关的差异表达基因(DEGs)，其中11个上调、10个下调。值得注意的是，Verrucomicrobium菌株诱导的差异基因数量最多（如Z35处理组有145个DEGs），包括参与激素调控的ABA胁迫诱导蛋白TAS14和生长素响应蛋白IAA3基因。

<结果3：关键分子标记的验证>
通过qPCR验证发现，编码N-乙酰转移酶的SlSNAT2基因（Solyc05g010250）和Rubisco激活酶Rca基因（Solyc09g011080）的表达水平与根系长度显著相关。这两个基因均参与Rubisco活性的调控，其中SlSNAT2通过乙酰化修饰负调控Rubisco大亚基，而Rca通过ATP依赖的构象变化激活Rubisco。

这项研究首次揭示了Rubisco活性调控因子与根系发育的关联机制。发现的分子标记SlSNAT2和Rca不仅为高通量筛选植物根际促生菌提供了新工具，更深化了我们对植物-微生物互作分子机制的理解。特别是Verrucomicrobium菌株的促生作用及其独特的基因调控模式，为开发新型微生物肥料提供了菌种资源。该成果对设施农业中的精准栽培管理具有重要应用价值，也为后续研究植物碳代谢与根系发育的调控网络奠定了理论基础。