内生细菌Priestia megaterium 170T-4通过调控离子稳态与植物激素信号通路增强大豆耐盐性

本研究揭示了从盐碱地大豆根系分离的内生细菌Priestia megaterium 170T-4通过多机制协同增强宿主耐盐性的创新发现。该菌株不仅能耐受6% NaCl胁迫，还通过调控离子转运基因（GORK/SKOR）、乙烯信号通路基因（PTI5/EIN3/ERF1）和茉莉酸合成关键酶AOC，显著改善大豆的Na+/K+稳态、脯氨酸积累及叶绿素含量，为开发盐碱地微生物接种剂提供了理论依据。

　　

引言

盐胁迫已成为威胁全球农业生产的主要非生物胁迫因素，对可持续农业和粮食安全造成严重挑战。高盐环境会破坏植物离子稳态、抑制光合作用，并降低种子萌发和作物产量。虽然通过育种、遗传改良和施用外源物质等策略可在一定程度上改善土壤盐碱化问题，但这些方法的大规模应用仍受制于经济投入和时间成本。

近年来，植物根际促生细菌（PGPR）因其多方面的生物增强能力在胁迫生物学研究中备受关注。研究表明，PGPR通过协同机制有效增强植物耐盐性，包括分泌植物激素如吲哚-3-乙酸（IAA）、产生ACC脱氨酶分解乙烯前体、合成渗透保护剂如脯氨酸和可溶性糖，以及增强抗氧化酶活性清除过量活性氧（ROS）。值得注意的是，定殖在植物内部组织的内生细菌往往比根际细菌更能有效增强宿主胁迫耐受性，其独特的生态位提供了免受盐度等非生物胁迫的物理保护，并与宿主实现更紧密的生理整合。

材料与方法

研究从10个大豆品种的根系中分离出154株内生细菌，涵盖4个门、35个属和76个物种。通过16S rRNA基因相似性分析，发现Microbacterium phyllosphaerae和Priestia megaterium为优势物种。从中选取两株代表性菌株进行盐胁迫下的促生效果评估，其中170T-4菌株经多位点序列分析（recA、rpoD和gyrB）鉴定为P. megaterium。

通过盆栽实验评估菌株对大豆耐盐性的影响，设置对照组（MOCK）、盐胁迫组（Salt）、接种组（X）和盐胁迫接种组（X+Salt）。测定指标包括植株生物量、Na⁺/K⁺含量、脯氨酸含量、光合色素含量、抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT）和丙二醛（MDA）含量。采用转录组测序和RT-qPCR分析分子调控机制。

结果

内生细菌分离与筛选

从10个大豆品种根系共分离到154株内生细菌，归属4个门：变形菌门（57株）、放线菌门（48株）、厚壁菌门（46株）和拟杆菌门（3株）。在属水平上，Microbacterium、Priestia、Agrobacterium、Sphingobium和Pseudomonas为最丰富的五个属。

目标菌株对大豆生物量的影响

盆栽实验表明，接种P. megaterium 170T-4在盐胁迫条件下显著促进大豆生长，株高增加22.18%，根长增加24.80%。该菌株表现出优异的耐盐性，在6% NaCl浓度下仍保持一定活力。

170T-4对大豆生理参数的影响

盐胁迫下，接种170T-4使大豆根系Na⁺含量显著降低50.99%，叶片脯氨酸含量增加24.89%，叶绿素a和b含量分别提高20.33%和12.75%。但抗氧化酶活性和MDA含量未呈现显著变化。

转录组分析

RNA-seq分析发现，盐胁迫下接种170T-4引起1,795个基因上调和734个基因下调。KEGG富集分析显示差异表达基因显著富集于MAPK信号通路、植物-病原互作、植物激素信号转导、亚麻酸代谢和苯丙烷生物合成等通路。

在渗透调节方面，170T-4接种显著上调了PRODH、fadM和putB等脯氨酸代谢相关基因的表达。在离子转运方面，CNGC、AKT、KAT、GORK和SKOR等基因显著上调，有助于维持细胞Na⁺/K⁺平衡。在植物激素信号方面，EREBP、AOC、PTI5和EIN3等基因表达显著增加，通过调节乙烯信号通路和JA生物合成关键酶AOC来促进大豆适应环境胁迫。RT-qPCR验证结果与转录组数据一致。

讨论

本研究首次证实Priestia megaterium 170T-4通过多机制协同增强大豆耐盐性。与以往研究不同，该菌株主要通过调节离子稳态和激素信号通路而非抗氧化途径来缓解盐胁迫。特别值得注意的是，170T-4通过激活乙烯信号通路核心转录因子（PTI5、EIN3、ERF1）和JA合成关键酶AOC，形成协同调控网络，同时增强胁迫响应和促进生长。

结论

Priestia megaterium 170T-4能显著改善盐胁迫下大豆的生长性能，通过调控离子转运、渗透保护物质和激素信号通路来增强耐盐性。这些发现为开发用于盐碱地的微生物接种剂提供了理论基础和实践依据。