不同水分条件下栽培稻与野生稻根际微生物组的比较分析揭示其抗旱机制与环境适应性

本综述系统探讨了野生稻（Oryza rufipogon Griff.）与栽培稻（Oryza sativa L.）在干旱与淹水条件下的根际微生物组差异，揭示了野生稻通过富集Pseudomonas属细菌、Nitrosarchaeum古菌及代谢物（如棕榈酸、DL-正亮氨酸）增强水分胁迫抗性的机制，为水稻抗旱育种和减少甲烷排放（Methanosarcina）提供了微生物调控策略。

　　

整体差异：野生稻与栽培稻根际细菌和古菌群落结构

通过高通量测序技术对野生稻（Oryza rufipogon DP15）和栽培稻（Oryza sativa Nipponbare）在非灌溉与淹水条件下的根际土壤样本进行宏基因组分析，发现水分条件和宿主基因型显著影响微生物群落结构。细菌群落中，Proteobacteria（64.94%~68.41%）、Actinobacteria（20.09%~24.14%）和Planctomycetes（3.82%~40.45%）为优势门类。主坐标分析（PCoA）显示，水分条件对细菌群落变异的解释度达44.16%，而宿主基因型贡献25.85%。古菌群落中，Euryarchaeota（65.83%~91.88%）和Thaumarchaeota（5.90%~32.60%）占主导，且宿主基因型对古菌群落的影响（34.14%）略高于水分条件（33.19%）。野生稻在非灌溉条件下显著富集Pseudomonas、Chryseobacterium和Flavobacterium等具抗旱功能的细菌属，而栽培稻在淹水条件下更易富产甲烷古菌Methanosarcina。

水稻根际细菌与古菌微生物共现网络模式

共现网络分析显示，野生稻根际微生物网络的复杂性（总连接数67,131、平均度较高）显著高于栽培稻（31,072连接数）。非灌溉条件下的微生物互作网络（56,896连接数）比淹水条件（18,395连接数）更复杂，正相关性占比分别为58.60%和94.75%。这一结果表明，野生稻通过增强微生物间的协同作用提升对水分胁迫的适应性。

非灌溉条件下栽培稻与野生稻土壤代谢组学变异

代谢组学分析鉴定出336种代谢物，其中野生稻根际显著富集脂肪酸类（53.69% vs 栽培稻17.14%）和氨基酸类（4.70% vs 0.69%）物质。具体而言，DL-正亮氨酸（DL-Norleucine）、L-苯丙氨酸（L-Phenylalanine）和棕榈酸（Palmitic acid）在野生稻中含量显著升高。这些代谢物可通过调节微生物群落、增强膜稳定性及渗透调节功能，协助植物应对水分胁迫。

野生稻与栽培稻在不同水分胁迫下的MAG数据集

通过宏基因组组装获得214个非冗余宏基因组组装基因组（MAGs），其中39个为高质量草案（完整度>90%）。优势细菌门包括Pseudomonadota（n=33）、Bacteroidota（n=25）和Chloroflexota（n=24）。野生稻在非灌溉条件下Pseudomonadota的相对丰度显著升高，进一步证实了该类群在抗旱中的关键作用。

不同水分胁迫下野生稻与栽培稻的基因数据集

基于氮循环数据库（NCycDB）的功能注释发现，野生稻在非灌溉条件下氮同化基因asnB和反硝化基因nirK的丰度显著高于栽培稻（P<0.05），表明野生稻通过增强氮代谢效率提升生态适应性。其他氮循环相关基因（如glnA、nmo和gs_K00265）在两组间无显著差异。

讨论

本研究揭示了野生稻通过富集有益微生物（如Pseudomonas）、调控古菌群落（如富集氨氧化古菌Nitrosarchaeum而非产甲烷菌Methanosarcina）以及分泌特定代谢物（棕榈酸、氨基酸类），形成更复杂的微生物互作网络，从而增强对水分胁迫的抗性。栽培稻在淹水条件下易富集Methanosarcina，可能导致甲烷排放增加。野生稻的氮循环功能基因（asnB、nirK）在干旱条件下高效表达，进一步支持其生态适应性。这些发现为通过微生物调控策略优化水稻抗旱性及减少温室气体排放提供了理论依据。未来研究需结合土壤理化性质分析和功能验证实验，深化对植物-微生物互作机制的理解。