细菌信号分子Bacillin 20对油菜根际微生物组的路径效应研究

本研究针对植物促生肽Bacillin 20如何调控油菜根际微生物组这一科学问题，通过田间试验结合高通量测序技术，揭示了该信号化合物对根际细菌群落结构的特异性影响。研究发现Bacillin 20处理显著增加了Rhizobiales等有益菌群的丰度，并鉴定出Rosemicrobium sp.等关键指示物种，为开发新型微生物组调控策略提供了理论依据。

　　

在可持续农业发展背景下，植物与微生物的互作机制研究正成为热点。传统农业依赖化学肥料和农药，不仅造成环境污染，还可能破坏土壤微生物生态平衡。与此同时，气候变化导致的干旱等非生物胁迫日益严重，亟需开发环境友好的生物解决方案。Bacillin 20作为一种由苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)产生的肽类信号分子，前期研究已证实其能促进大豆和油菜等作物的生长，但其对植物相关微生物组的影响机制尚不明确。

来自非洲基因组中心(African Genome Center, AGC)和麦吉尔大学麦克唐纳校区(Department of Plant Science, Macdonald Campus of McGill University)的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，首次系统揭示了Bacillin 20对油菜根际微生物组的调控作用。研究人员采用田间随机区组设计，在黏壤土和砂壤土两种土壤类型中，设置了不同浓度(0、10^-9 M和10^-11 M)的Bacillin 20种子处理和叶面喷施处理，通过16S rRNA基因测序分析了根组织和根际土壤的细菌群落结构。

研究主要采用三种关键技术方法：1) 田间随机区组实验设计，在两种土壤类型中设置5种处理方案；2) 高通量测序技术(Illumina MiSeq平台)分析微生物组；3) 路径分析模型(PATH modeling)解析变量间的因果关系。样本来源于加拿大麦吉尔大学实验农场的油菜品种InVigor L233P。

研究结果部分显示：
【Bacillin 20对细菌α多样性和群落结构的影响】通过Shannon和Simpson指数分析发现，处理组间α多样性无显著差异，但Chao1指数显示显著变化(p=0.002)。PCoA分析表明根际和根内菌群结构差异显著(p≤0.001)，且黏壤土中的根际菌群相似度更高。

【Bacillin 20对细菌类群丰度的影响】热树模型显示19个细菌门在样品中分布，其中Planctomycetota、Chloroflexi和Proteobacteria为优势菌门。Gemmatales是最丰富的菌目，而Rhizobiales在根际土壤中丰度最高。

【指示菌种分析】鉴定出多个关键指示物种，包括根内的Candidatus Saccharimonas和根际的Rosemicrobium sp.(ASV2)等。ASV42在砂壤土中指示值最高(0.755)，表明其与根际的强互作。

【微生物互作的路径模型】构建的路径模型(SBC=1176.99)显示Bacillin 20处理特异性影响某些菌群，如叶面喷施增加ASV2(Rosemicrobium sp.)丰度，而降低ASV55(Candidatus Xiphinematobacter)丰度。

研究结论部分强调，Bacillin 20通过信号作用重塑油菜根际微生物组结构，特别是促进Rhizobiales等有益菌群的定殖。该研究首次揭示了这种植物促生肽对微生物组的调控路径，为开发基于微生物组调控的绿色农业技术提供了新思路。值得注意的是，微生物群落的变化可能不仅源于Bacillin 20处理本身，还与植物发育阶段的变化有关。未来研究需要结合功能基因组学方法，进一步阐明Bacillin 20影响微生物组的功能性后果。