氮高效甘蓝型油菜通过山奈酚驱动基因型特异性Bacillaceae菌群增强氮素获取的分子机制

本研究针对甘蓝型油菜氮素利用效率(NUE)基因型差异与根际微生物组互作的机制空白，通过多组学联用技术揭示了氮高效基因型通过根系分泌山奈酚(kaempferol)特异性富集Bacillaceae菌群，其代表菌株Bacillus sp. 41S2通过激活JA/ET信号通路促进根系发育和15N吸收。该发现为作物-微生物协同增效的精准调控提供了新靶点，发表于《Journal of Advanced Research》。

　　

在农业生产中，氮肥过度使用导致的生态问题日益严峻，而甘蓝型油菜作为高耗氮作物，其氮素利用效率(NUE)却普遍低下。传统研究多聚焦于植物自身的氮代谢调控，却忽视了根系微生物这个"第二基因组"的潜在作用。更关键的是，不同氮效率基因型油菜如何塑造特异性微生物组、以及这种互作如何影响氮素获取，始终是未解之谜。

中国农业科学院油料作物研究所的研究团队通过比较氮高效(D4)和低效(D2)甘蓝型油菜基因型，发现前者能构建更丰富的根际微生物群落，其中Bacillaceae科的富集程度最为显著。通过16S rRNA扩增子测序、细菌分离培养和¹⁵N同位素示踪等技术，结合转录组(RNA-seq)和代谢组学分析，研究揭示氮高效基因型通过分泌类黄酮化合物山奈酚(kaempferol)特异性招募Bacillus sp. 41S2等有益菌株。该菌株不仅能直接促进植物对¹⁴N和¹⁵N的吸收，还通过上调JAZ和ERF1等基因表达，激活茉莉酸(JA)和乙烯(ET)信号通路，间接增强根系发育。

关键技术包括：1) 比较微生物组分析(16S rRNA扩增子测序)；2) 细菌分离培养与功能验证(Ashby's N-free培养基筛选)；3) 植物表型组分析(生物量测定和¹⁵N标记实验)；4) 多组学联用(RNA-seq和UPLC-MS/MS代谢组学)；5) 拟南芥fls1突变体验证实验。

研究结果部分显示：1) 氮高效基因型根际微生物α多样性显著提高，Bacillaceae相对丰度增加11.5倍；2) 分离菌株Bacillus sp. 41S2使低效基因型根/茎生物量分别提升100%和130%，¹⁵N吸收量显著增加；3) 转录组分析发现接种菌株后，JA/ET信号通路相关基因(JAZs、ERF1等)显著上调；4) 代谢组揭示山奈酚在高效基因型中含量最高(log₂FC>11)，且与Bacillaceae丰度呈正相关(R=0.577)；5) 拟南芥fls1突变体(山奈酚合成缺陷)无法富集Bacillaceae，证实其核心调控作用。

这项发表于《Journal of Advanced Research》的研究，首次阐明了甘蓝型油菜通过山奈酚-Bacillaceae-JA/ET轴实现氮素高效获取的分子机制。其创新性体现在：1) 发现类黄酮代谢物可精准调控特定微生物类群；2) 揭示微生物通过植物激素通路间接调控营养吸收的新途径；3) 为设计"微生物-作物"协同增效的智能施肥系统提供理论依据。该成果不仅对减少农业面源污染具有重要实践价值，也为作物-微生物共进化研究提供了范式转移。