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全球变暖加剧了热胁迫与土传病害（如根腐病）对作物的协同危害。云南农业大学联合中国农业大学团队通过多组学技术，首次揭示三七（Panax notoginseng）在36°C热胁迫下通过增强核苷酸代谢分泌嘌呤（如腺嘌呤）和嘧啶类物质，特异性招募根际有益微生物伯克霍尔德菌（Burkholderia sp. B36）和酵母菌（Saitozyma podzolica SP）。这些微生物通过拮抗病原菌（如Fusarium solani）和激活植物抗氧化酶（SOD/POD）双重机制，提升宿主耐热性并降低根腐病发生率。该研究为利用“植物益生元（核苷酸）”调控根际微生态以应对多重胁迫提供了新思路，发表于《Microbiome》。
论文解读
在全球气候变暖背景下，高温胁迫不仅直接损伤作物生长，还会削弱植物免疫系统，加剧土传病原体（如根腐病菌）的危害。药用植物三七作为典型阴生作物，对高温高度敏感，其种植常因连作障碍导致土壤病原体富集，形成“负反馈循环”。传统植物根际促生菌（PGPR）应用常因定殖效率低和效果不稳定受限。因此，探索植物自身在胁迫下招募有益微生物的机制，对开发绿色防控策略至关重要。
云南农业大学、中国农业大学等机构的研究团队通过多组学联用技术，发现三七在36°C热胁迫下通过根系分泌核苷酸类物质，特异性富集有益根际微生物，协同增强宿主耐热性与根腐病抗性。相关成果发表于《Microbiome》。
研究方法的核心技术
- 温度梯度实验：三七幼苗在20°C、24°C、28°C、32°C、36°C（昼/夜9h/15h）下处理15天，收集根际土壤。
- 植物-土壤反馈评价：热处理土壤经灭菌/非灭菌处理后种植新三七幼苗，统计存活率及根腐病发生率。
- 多组学分析：
- 宏基因组测序（16S rRNA/ITS）解析微生物群落结构；
- 非靶向代谢组学（UPLC-ESI-MS/MS）鉴定根系分泌物；
- 转录组测序（Illumina HiSeq 2500）筛选核心代谢通路基因。
- 功能验证：
- 分离关键微生物（伯克霍尔德菌B36、酵母菌SP），平板对峙实验验证其拮抗病原菌能力；
- 外源核苷酸（嘌呤/嘧啶混合物）添加实验验证微生物富集效应；
- 辣椒（Capsicum annuum）和番茄（Solanum lycopersicum）跨物种验证微生物-核苷酸协同抗逆效果。
研究结果与发现
1. 热胁迫塑造有益土壤记忆
- 热损伤与后续保护悖论：36°C处理导致三七叶片热损伤率显著升高（约40%），但该温度预处理的根际土壤显著提升后续植株存活率（>90%），根腐病发生率降低50%（图1b-d）。
- 微生物介导机制：灭菌土壤中保护效应消失，证实微生物群落是核心因素（图1c）。
2. 特异性富集有益微生物
- 关键微生物鉴定：LEfSe分析显示36°C根际土壤中伯克霍尔德菌属（Burkholderia_Caballeronia_Paraburkholderia）相对丰度显著升高（图2b）；酵母菌Saitozyma podzolica（fOTU5138）为最显著真菌标志物（图2e）。
- 功能验证：分离菌株B36（伯克霍尔德菌）和SP（S.podzolica）处理三七后：
- 植株叶片热损伤率下降30%，SOD酶活性提升80%（图2i-j）；
- B36对根腐病菌（Fusarium solani, Plectosphaerella cucumerina）抑制率达70%（图2k）；
- SP通过生态位竞争抑制病原菌扩展（图2l）。
3. 核苷酸代谢驱动微生物招募
- 代谢组-转录组关联分析：36°C下根系分泌物中嘌呤（腺嘌呤、黄嘌呤）和嘧啶（胸苷、尿苷）含量显著升高（图3c）。
- 核心通路激活：GSEA富集分析显示“嘌呤代谢”、“嘧啶代谢”通路基因（如腺苷激酶ADK、黄嘌呤脱氢酶XDH）显著上调（图3f），促进核苷酸降解产物分泌（图3g）。
- 外源验证：添加腺嘌呤（10μg/mL）使B36和SP生长率提升>150%，而病原菌无响应（图4b-c）。混合核苷酸添加自然土壤后，伯克霍尔德菌属丰度提升2倍（图4e）。
4. 跨物种应用潜力
- 微生物-核苷酸协同效应：辣椒和番茄中，B36+腺嘌呤联用使热损伤率降低60%，显著高于单一处理（图5c,g）。
- 土壤依赖性：非灭菌土壤中核苷酸增效更显著，证实其通过调控原生微生物群发挥作用（图S16）。
结论与意义
本研究首次揭示植物通过“核苷酸介导的微生物招募”抵御多重胁迫的机制：
- 核心机制：热胁迫（36°C）激活三七核苷酸代谢通路，促使根系分泌嘌呤/嘧啶类物质，选择性富集伯克霍尔德菌（B36）和酵母菌（SP）。
- 双重防护：B36通过直接拮抗病原菌，SP通过生态位竞争抑制根腐病；二者协同提升宿主SOD/POD抗氧化酶活性以缓解热损伤。
- 应用创新：提出“植物益生元（Plant Prebiotics）”概念——外源核苷酸可定向调控根际微生物组，在辣椒、番茄中验证其跨作物普适性。
该研究为应对全球变暖下作物多重胁迫挑战提供了新思路：利用内源核苷酸作为微生物组工程靶点，替代传统PGPR接种策略，有望实现更稳定的田间病害防控。未来需深入解析核苷酸感知
