植物耐旱性与灌溉历史的双重遗留效应影响番茄旱后恢复期根际微生物移植效果

《Environmental Microbiome》：Dual legacy of plant water-deficit-tolerance and watering history shapes rhizosphere microbial transplant outcomes in tomato post-drought recovery

　　

摘要

背景

气候变化正在加剧干旱事件，对作物产量和质量产生负面影响。因此，增强植物在干旱后的恢复能力对于提高农业韧性至关重要。在全生物体框架下，植物微生物组在调节植物对环境胁迫的响应中发挥着关键作用。在此，我们评估了来源于不同水分亏缺耐受性番茄（Solanum lycopersicum）栽培品种、以及此前是否暴露于水分亏缺条件下的根际微生物移植体，对易感番茄植物干旱后恢复的贡献。

结果

生理指标测量（包括净光合速率、相对含水量和水分势）表明，来自此前暴露于水分亏缺条件的水分亏缺耐受性栽培品种的微生物群落移植体，显著增强了易感植物的干旱后恢复能力，提示宿主表型与灌溉历史的双重遗留效应。高通量宏条形码测序揭示，根际微生物群落在初始阶段（Ti）和恢复后阶段（Tf）之间存在显著的时间动态变化。细菌α多样性仅在亏缺灌溉下的耐受性接种剂处理组中在Tf阶段显著增加，而真菌多样性在不同条件下表现出更稳定的响应。β多样性分析显示，细菌和真菌在Ti与Tf阶段之间的群落均呈现明显分离。群落结构变化在以产生最极端对比干旱后恢复表型的接种处理组中尤为显著（SFI：全灌溉下的易感栽培品种；TDI：亏缺灌溉下的耐受栽培品种），这些处理组在层次分析中形成了不同的聚类。差异丰度分析鉴定出在TDI中Tf阶段富集的细菌类群，而真菌群落表现出阶段特异性标记。利用FAPROTAX和FUNGuild进行功能注释发现，在TDI中Tf阶段的细菌功能中富集了硝酸盐还原和无氧光自养功能，真菌群落中富集了腐生功能群，提示与干旱后恢复相关的养分循环活性增强。共现网络分析揭示了不同的相互作用模式，SFI处理中表现出更高的连接性，而TDI处理中真菌类群的贡献更大且真菌-真菌正向相互作用更强。

结论

这些结果表明，由宿主水分亏缺耐受性和灌溉历史塑造的根际微生物组遗留效应与增强的干旱后恢复能力相关，涉及特定微生物类群和功能群的富集。双重遗留效应的概念为理解微生物组介导的植物韧性提供了有用的框架。