非洲绿木霉 T22 的局部根际定殖与盐胁迫下高粱宿主转录重编程及有益细菌富集相关

《Microbiological Research》：Localized root colonization by Trichoderma afroharzianum T22 is associated with host transcriptional reprogramming and beneficial bacterial enrichment under salinity stress in sorghum

　　

摘要

盐分是导致作物产量严重下降的主要非生物胁迫因素之一。尽管其潜力巨大，但在高粱中，非洲弧菌木霉（Trichoderma afroharzianum）T22在盐胁迫耐性相关的分子响应和根系微生物组动态变化中的作用仍知之甚少。本研究表明，接种T. afroharzianum通过改善叶绿素含量、生长参数和养分平衡来缓解盐胁迫诱导的胁迫，同时限制根到冠的Na⁺转运。分根实验显示，在盐胁迫条件下，将T. afroharzianum应用于单一根部分区不足以改善整株植物的生长表现，而同时对两个分区接种则恢复了生长和叶绿素相关性状。RNA-seq分析显示，与共生作用、激素信号传导、抗氧化防御和离子稳态相关的基因表达上调，同时根系中与乙烯生物合成和衰老相关的基因表达受到抑制。KEGG富集分析进一步揭示，与胁迫适应相关的次级代谢通路被激活。此外，16S rRNA测序显示，接种T. afroharzianum与根际细菌群落结构变化相关，但未显著改变α多样性，而在盐胁迫条件下选择性富集了推测具有益生作用的类群，包括流动迪埃氏菌（Dyella mobilis）、黄杆属根际黄杆菌（Luteibacter rhizovicinus）和延吉黄杆菌（Luteibacter yeojuensis）。此外，各处理间保留了保守的核心微生物组，以链霉菌属（Streptomyces）、根瘤菌属（Rhizobium）、迪埃氏菌属（Dyella）和犁属（Labrys）为主。指示物种分析确定贾尼氏菌属（Janibacter）为T. afroharzianum接种的特征类群，而链霉菌属的总体指示值最高。多组学整合分析显示，T. afroharzianum相关的微生物类群与盐胁迫下的激素信号传导、氧化还原稳态、矿物元素转运和次级代谢高度相关。Spearman相关分析揭示，链霉菌属和黄杆菌属是与植物生长性状相关性最强的两个属，而根瘤菌属和黏细菌属（Mucilaginibacter）与组织Na⁺积累呈更强的正相关。综上所述，这些发现为理解T. afroharzianum介导的高粱耐盐机制提供了新的见解，并凸显了其作为微生物生物刺激剂的潜力，值得在不同高粱基因型和田间条件下进一步验证。

引言

土壤盐渍化是限制全球作物生产力的主要非生物约束因素之一。约20%的灌溉农业用地和近三分之一的灌溉耕地受到盐渍化影响（Singh，2021）。由于气候变化、灌溉管理不善和土壤退化加剧，这一问题预计将进一步恶化（Busoms等，2023；Hassani等，2021）。Na?和Cl?的过量积累会干扰必需矿质营养元素的吸收和运输，最终降低植物生长和产量（Munns & Tester，2008）。盐渍化还会通过诱导渗透胁迫、氧化损伤以及破坏光合作用和细胞代谢来抑制植物生长（Chourasia等，2021；Isayenkov和Maathuis，2019）。因此，开发可持续的方法来提高作物在盐渍条件下的抗逆性已成为现代农业的重大优先事项。

有益微生物作为提高植物对非生物胁迫耐受性的环保替代方案，已获得广泛关注。植物促生微生物通过调控宿主信号通路来增强植物生长和胁迫抗性（Song等，2026；Backer等，2018）。其中，木霉属（Trichoderma）物种是著名的根际定殖有益真菌，它们能与植物建立有益互作，同时刺激生长、养分吸收和诱导系统性抗性（Kabir等，2024；Rebolledo-Prudencio等，2022）。多项研究表明，木霉属物种可通过增强光合性能、维持离子稳态、提高抗氧化能力和调控胁迫响应基因表达来提高盐渍耐受性（Hu & Bidochka，2025；Eftekhari等，2025）。

微生物接种剂，也称为生物肥料或微生物生物刺激剂，已成为在恶劣环境条件下提高作物生产力的可持续替代方案。植物通过根际分泌物主动招募有益微生物，而招募的微生物群则参与养分循环、胁迫缓解、激素产生和提高植物生长表现（Liu等，2025；Kabir等，2024）。此外，有益微生物接种剂可改变根际环境，从而影响微生物群落组装并选择性富集与养分循环、植物激素产生、病原抑制和非生物胁迫适应相关的类群（Compant等，2019；Trivedi等，2020）。越来越多的证据表明，接种木霉属可以重塑根际细菌和真菌群落，导致有益微生物的富集，从而提高植物健康和胁迫抗性（Kabir等，2024；Souza等，2025）。

高粱（Sorghum bicolor L. Moench）是全球最重要的谷物作物之一，因其适应半干旱环境的能力以及作为粮食、饲料、牧草和生物能源的用途而备受关注（Panelo等，2025）。尽管高粱比许多谷物作物更耐盐，但盐胁迫仍会显著降低植物生长、养分吸收和产量（Ismail & Horie，2017）。此外，关于T. afroharzianum在盐渍胁迫下如何调控高粱的系统性生长响应、转录重编程和细菌动态的信息仍然有限。因此，本研究采用分根系统结合生理、转录组和根系微生物组分析，以阐明高粱耐盐性背后的宿主响应、细菌群落富集以及植物性状—微生物互作。

章节摘要

植物栽培与生长条件

高粱（USDA-GRIN PI 591038甜高粱）种子经2%次氯酸钠（Millipore Sigma，美国）表面消毒5 min，用无菌蒸馏水彻底冲洗三次，在25 °C下的育苗盘中萌发48 h。随后将均匀的幼苗移栽至装有500 g土壤混合物的塑料盆中，该混合物由从当地农田采集的田间土和商业营养土按1:2（v/v）比例组成。设置了四个处理：(i)对照

T. afroharzianum对盐渍条件下生长和生理的影响

双因素方差分析显示，T. afroharzianum接种和盐渍×T. afroharzianum交互作用对生长性状和相对丰度具有显著影响（补充图S1）。地上部和根系的表型展示了不同处理间的表型差异（图1A）。与对照相比，盐渍条件下生长的植物表现为地上部高度降低、叶片发育受限和根系生物量减少。相反，盐渍条件下接种T. afroharzianum的植物表现出更大的地上部

讨论

盐渍化是全球范围内限制高粱生产力的最严重非生物约束因素之一，它同时破坏了水分关系、离子稳态、矿质营养、代谢和根际微生物互作。尽管木霉属物种长期以来被认为是有效的植物促生真菌，但越来越多的证据表明，其潜在的有益效应远不止于直接的生长促进，还涉及对宿主的广泛

结论

本研究表明，接种T. afroharzianum与改善盐渍耐受性相关，并伴随宿主生理、养分稳态、转录响应和根系微生物组组装的变化（图12）。分根实验显示，将T. afroharzianum应用于单一根部分区不足以改善盐渍条件下整株植物的生长表现，而同时对两个根部分区接种则恢复了生长和叶绿素相关性状。转录组

作者贡献

RB构思并实施了实验，收集和分析数据，进行了生物信息学分析，制作了图表，并撰写了原始稿件。BP协助解读RNA-seq数据，并参与了稿件的审阅和修改。HLW提供了指导和资源，指导了实验设计，并对稿件进行了关键审阅。AHK提供了指导和资源，指导了实验设计，协助了生物信息学流程，并对稿件进行了关键

未引用参考文献

（Contreras-Cornejo等，2016；Lee等，2010；Lu等，2024；Qin等，2024；Zheng等，2024）

CRediT作者贡献声明

Ahmad H. Kabir：写作—审阅与编辑、指导、资源、项目管理、形式分析。Ruby Bagchi：写作—原始稿件、可视化、验证、软件、方法学、调查、形式分析、概念化。Hong Li Wang：写作—原始稿件、指导、资源。Bishrant Pant：验证、形式分析。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

作者感谢LC Sciences（美国得克萨斯州休斯顿）完成了扩增子测序并提供了高质量的测序数据。

Ruby Bagchi|Bishrant Pant|Hong Li Wang|Ahmad H. Kabir