Achromobacter sp.FB-14通过调控离子转运和转录因子表达增强棉花耐盐性的生理分子机制研究

本研究针对土壤盐渍化严重制约棉花生产的现实问题，通过接种耐盐植物根际促生菌(PGPR)Achromobacter sp.FB-14，系统揭示了其对盐敏感型(FH-941)和耐盐型(FH-326)棉花基因型的生理生化及分子调控机制。研究发现FB-14通过上调NHX1/SOS1/HAK5等离子转运基因和WRKY转录因子表达，显著改善盐胁迫下棉花的离子稳态(K+/Na+平衡)、抗氧化酶活性(CAT/POD)及光合效率，为开发微生物辅助的棉花耐盐栽培技术提供了理论依据。该成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

在全球耕地盐渍化日益严重的背景下，棉花作为重要的经济作物，其产量受到盐胁迫的严重制约。尽管棉花被认为具有中等耐盐性，但不同基因型间存在显著差异。巴基斯坦作为世界第二大棉花出口国，约20%的耕地受到盐害影响，导致棉花生产面临严峻挑战。盐胁迫通过破坏离子平衡(Na⁺/K⁺失调)和诱导活性氧(ROS)积累，进而影响光合作用、膜系统稳定性和基因表达。传统育种方法周期长且效率有限，而利用植物根际促生菌(PGPR)增强作物耐盐性被视为一种环保可持续的解决方案。Achromobacter sp.FB-14是一株从高电导率土壤中分离的PGPR菌株，前期研究表明其能通过调控CIPK基因增强水稻耐盐性，但其在棉花中的调控机制尚不明确。为此，Sidra Batool等研究人员在《BMC Plant Biology》发表了这项揭示FB-14增强棉花耐盐性分子生理机制的重要研究。

研究采用实验室预筛获得的耐盐型(FH-326)和盐敏感型(FH-941)棉花基因型，通过盆栽实验设置对照、盐胁迫(150 mM NaCl)、FB-14接种及盐胁迫+FB-14接种四组处理。主要技术包括：生理指标测定(光合参数、离子含量、抗氧化酶活性)；氧化应激标志物检测(MDA、H₂O₂)；实时荧光定量PCR分析离子转运基因(NHX1、SOS1、HKT1、HAK5)和转录因子(WRKY3/34、LHCB)表达；以及Pearson相关性分析各参数间的关联性。

研究结果部分：

1. 1.

   植物生物量：盐胁迫使FH-941的鲜重和干重分别降低26%和32%，显著高于FH-326的8%和9%降幅。FB-14接种使FH-941在盐胁迫下的干重恢复68.69%，表现出更强的生长促进效应。

2. 2.

   叶绿素含量与光合参数：盐敏感型FH-941的叶绿素a降低15%，光合速率下降47%，均显著高于FH-326。FB-14接种使两基因型的叶绿素a提升8-10%，并显著改善气孔导度和光合效率。

1. 1.

   氧化应激响应：FH-941在盐胁迫下的H₂O₂和MDA含量分别增加27%和50%，膜透性升高22%，均显著高于FH-326。FB-14接种使FH-941的H₂O₂恢复至对照水平，同时上调过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性。

2. 2.

   离子平衡调控：盐胁迫下FH-941根部和地上部Na⁺积累量分别比FH-326高68%和53%，而K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺吸收显著降低。FB-14接种使FH-941的根部Na⁺滞留量增加19%，同时改善K⁺转运。

3. 3.

   基因表达分析：

   • •

     离子转运基因：盐胁迫下FH-941的NHX1和SOS1表达下调程度显著大于FH-326。FB-14接种使FH-941的HAK5表达上调，促进K⁺吸收。

   • •

     光合相关基因：LHCB在FH-941中显著下调，FB-14接种使其表达恢复。

   • •

     转录因子：WRKY3在两基因型中均下调，而WRKY34在FH-326中上调。FB-14接种协调了WRKY3/34的表达模式。

结论与讨论表明，耐盐型FH-326通过维持较高的抗氧化酶活性和离子转运效率，表现出内在的耐盐机制。而FB-14对盐敏感型FH-941的促生作用主要通过三重机制实现：(1)调控NHX1/SOS1介导的Na⁺区隔化和外排；(2)通过HAK5改善K⁺吸收维持离子稳态；(3)上调WRKY转录因子和LHCB表达增强应激响应。该研究首次系统阐明了Achromobacter sp.FB-14在棉花中的分子作用机制，为开发基于PGPR的棉花耐盐栽培技术提供了重要靶点。未来可通过扩大基因型筛选和转录组分析，进一步优化微生物-植物互作策略，这对保障盐渍化地区棉花生产安全具有重要实践意义。