芽孢杆菌 B. altitudinis JZBQ5 通过调控根际微生物组与宿主转录促进黄瓜生长的机制研究

《BMC Plant Biology》：Rhizosphere microbiome and transcriptome uncover the growth-promoting effect of Bacillus altitudinis JZBQ5 in cucumber

　　

摘要

芽孢杆菌属微生物以其促进植物生长的特性而闻名，但Bacillus altitudinis如何刺激黄瓜生长尚未完全明了。在本研究中，我们评估了B. altitudinis JZBQ5对黄瓜的促进作用，并研究了根灌溉处理后其根际微生物及根部的转录响应。在盆栽实验中，10⁷和10⁸ CFU/mL浓度的JZBQ5处理显著提高了黄瓜植株的高度，分别达到32.0±7.07厘米和31.6±10.69厘米，而对照组仅为18.4±6.71厘米。当浓度降至10⁹ CFU/mL时，叶片SPAD值升高至36.17±6.74，显著高于对照组（27.61±3.82）。田间试验表明，JZBQ5处理使植株高度增加了13.69%，根长增加了32.75%，植株重量增加了41.93%，叶绿素a含量增加了101.91%，总叶绿素含量增加了63.08%。使用JZBQ5处理的黄瓜第一茬作物每垄的平均产量比对照组高出10.83%。根际微生物组分析显示，JZBQ5处理后细菌多样性增加，并导致微生物群落结构发生变化，其中假单胞菌门（Pseudomonadota）仍占主导地位。LefSe和属水平分析进一步表明，假单胞菌、芽孢杆菌、链霉菌、中等根瘤菌和慢生根瘤菌等类群得到富集。根部转录组分析发现了444个差异表达基因，其中205个基因上调，239个基因下调；KEGG通路分析显示这些基因与植物激素信号传导、光合生物的碳固定、α-亚麻酸代谢以及糖酵解/糖异生过程相关。相关性分析表明，JZBQ5处理增强了根际微生物群落、碳固定基因、叶绿素积累和植物生长性状之间的统计关联。这些发现表明，JZBQ5可能通过影响根际微生物组和宿主的转录调控来促进黄瓜生长，为其作为生物肥料用于可持续黄瓜生产提供了依据。