华癸中慢生根瘤菌7653R调控内生细菌群落与抗病通路增强油菜抗根肿病机制研究

本研究揭示了华癸中慢生根瘤菌(Mesorhizobium huakuii 7653R)通过重塑油菜内生细菌群落结构（显著富集放线菌门Actinobacteria和拟杆菌门Bacteroidetes），激活植物免疫相关基因（CERK1/CALS12等）及氮代谢通路（NRT/NLP7），显著降低根肿病菌(Plasmodiophora brassicae)侵染率（田间防效达30%），并提升油菜产量83.1%和含油量3.7%，为十字花科作物生物防治提供新策略。

　　

华癸中慢生根瘤菌7653R调控内生菌群与抗病通路的机制解析

ABSTRACT

根肿病是由芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae)引起的全球性土传病害。本研究通过两季田间试验证实，华癸中慢生根瘤菌(Mesorhizobium huakuii 7653R)处理使油菜(Brassica napus)根肿病病情指数显著降低，产量提升83.1%，含油量增加3.7%。该菌剂对紫菜薹(Brassica campestris var. purpuraria)同样展现促生抗病效果。

M. huakuii 7653R生物防控潜能验证

盆栽实验显示，共接种M. huakuii 7653R与P. brassicae使油菜根部肿瘤体积缩小35天，病情指数从53.6降至18.4。显微观察发现处理组仅存少量次生原质团，qPCR检测显示病原菌ACTIN基因表达量显著降低。

田间应用效果突破

在湖北枝江重病区（年发病率>90%），菌剂处理使油菜幼苗期茎粗增加49%，成熟期单株有效角果数提升45%。紫菜薹田间试验中，主茎鲜重增幅达178%，病情指数降低37%。

内生菌群重塑机制

16S rRNA测序揭示：

• 共接种组显著富集抗逆菌群：放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)

• 差异菌属：链霉菌(Streptomyces)、节杆菌(Arthrobacter)等15属在共接种组富集

• PICRUSt2预测：共接种组抗菌物质合成、铁载体产生等通路显著激活

转录组调控网络

RNA-seq分析发现15,080个差异表达基因(DEGs)，其中：

• 免疫相关基因：胼胝质合成酶(CALS7/12)、几丁质受体激酶(CERK1)、水杨酸通路基因(ICS1/TGA3)显著上调

• 氮代谢基因：硝酸盐转运蛋白(NRT2.5)、硝酸还原酶(NIA1)表达量提升3-5倍

• GO富集："植物免疫响应"和"氮素转运"通路显著激活

讨论与展望

该研究首次阐明M. huakuii 7653R通过"微生物群落-免疫通路-氮代谢"三重调控机制增强十字花科作物抗病性。相较于传统化学防控，该菌剂兼具生态安全性与持续有效性，但其与植物免疫受体（如BAK1）的互作机制仍需深入探究。未来可拓展至其他非豆科作物的微生物组工程应用。

材料与方法亮点

• 病原菌分离：从湖北病田获得P. brassicae ZJ-1强毒株

• 显微技术：甲苯胺蓝染色显示共接种组原质团发育受阻

• 多组学整合：16S测序（V5-V7区）与转录组（Illumina HiSeq）联用

• 田间设计：采用6区组重复，菌剂OD₆₀₀=0.75三次灌根

本研究为十字花科作物根肿病绿色防控提供了理论依据和应用范式。