《Scientia Horticulturae》：Integrated transcriptomic and metabolomic analyses reveal cultivar-specific growth promotion of lettuce by
Bacillus velezensis
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生菜（Lactuca sativa L.）是全球重要的经济叶菜。提高生菜产量对稳定蔬菜供应和满足中国市场需求至关重要。植物根际促生菌（PGPR）是一种可持续且环境友好的促作物生长途径。为揭示生菜对PGPR的品种特异性生长响应并阐明其分子调控机制，研究人员以两株
生菜（Lactuca sativa L.）是全球重要的经济叶菜。提高生菜产量对稳定蔬菜供应和满足中国市场需求至关重要。植物根际促生菌（PGPR）是一种可持续且环境友好的促作物生长途径。为揭示生菜对PGPR的品种特异性生长响应并阐明其分子调控机制，研究人员以两株贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）JB0319和SAAS-6–3接种两个新育成生菜品种沪芊（Huqian）和缤纷-3（Binfen-3）。
研究结果显示明显的品种依赖型生长表型。接种任一菌株均显著提高沪芊生物量，其中SAAS-6–3促生效率优于JB0319；而两株菌均未对缤纷-3产生显著促生作用。生理测定表明，细菌接种提高了沪芊叶片可溶性蛋白浓度。内源激素定量进一步证实接种后赤霉素（GA?）和生长素（IAA）水平升高。
为解析分子机制，研究人员对沪芊开展整合转录组学与代谢组学分析，鉴定出672个差异表达基因（DEGs），主要富集于植物激素信号转导、玉米素（zeatin）生物合成、苯丙烷和花青素生物合成通路。检测到的差异积累代谢物（DAMs）主要与ABC转运蛋白、氨基酸代谢、碳水化合物代谢和三羧酸（TCA）循环相关。加权基因共表达网络分析（WGCNA）进一步鉴定出与SAAS-6–3处理密切相关的两个核心模块（MEblue和MEyellow），形成协同的“物质供应—信号调控”级联以支持生菜生长。
综上，SAAS-6–3菌株通过激活IAA和GA?生物合成通路促进沪芊生长。升高的内源植物激素协同调控中心碳氮代谢及运输过程，最终增强生物量积累。该研究阐明了贝莱斯芽孢杆菌的品种特异性效应，并为PGPR制剂在可持续生菜栽培中的精准应用提供理论支撑。
研究背景方面，生菜（Lactuca sativa L.）是全球广泛栽培的叶菜，中国生菜与菊苣单产与全球高产区存在差距。气候变化、土壤退化、连作障碍、土传病害以及化肥农药过量使用导致土壤板结、盐渍化、重金属污染和微生物多样性下降，威胁产量与食品安全。根际微生物组被称为作物“第二基因组”，其中约2%–5%为植物根际促生菌（PGPR，plant growth-promoting rhizobacteria）。PGPR可改善土壤肥力、增强盐胁迫下生长、缓解重金属污染并通过调节内源激素稳态与抗氧化系统提高抗逆性。然而，PGPR对不同生菜品种是否存在品种特异性促生效应及分子机制尚不清楚。因此，研究人员以上海市农业生物基因中心育成的意大利型沪芊（Huqian）和罗马型缤纷-3（Binfen-3）为材料，测试贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）JB0319与SAAS-6–3的促生作用，旨在明确品种间调控差异、营养与激素变化、分子网络机制，为绿色栽培中PGPR精准应用提供依据。该研究发表于《Scientia Horticulturae》。
主要关键技术方法方面，研究人员采用完全随机设计盆栽试验，样本为沪芊与缤纷-3两个生菜品种，接种JB0319、SAAS-6–3及不接种对照（CK），每处理三生物学重复。技术方法包括农艺与生理生化指标测定、液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）非靶向代谢组学、基于Illumina平台链特异性RNA测序（RNA-seq）及DESeq2差异表达分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA），并以qRT-PCR验证候选基因。
5.1 贝莱斯芽孢杆菌JB0319和SAAS-6–3对生菜农艺性状表现品种特异性调控
通过盆栽表型测定，两株菌均显著提高沪芊鲜重、株高、株宽、叶长和叶宽，SAAS-6–3增幅更大；缤纷-3仅叶长和茎长略增，其余无显著差异，证明PGPR促生存在品种间差异。
5.2 贝莱斯芽孢杆菌JB0319和SAAS-6–3促进沪芊可溶性蛋白及内源赤霉素与生长素积累
对沪芊生理与激素检测显示，可溶性糖与叶绿素变化不明显，可溶性蛋白显著上升；内源IAA、GA?、GA?和异戊烯基腺嘌呤（iP）显著积累，反式玉米素（tZ）基本不变，说明促生主要通过蛋白合成及GA/IAA积累实现。
5.3 转录组分析鉴定接种处理下生菜核心差异表达基因
以沪芊叶片RNA-seq筛选DEGs，JB0319 vs CK有1546个，SAAS-6–3 vs CK有1458个，两接种组间核心DEGs为672个，为共同机制提供靶点。
5.4 GO和KEGG富集分析揭示DEGs核心调控通路
GO分析显示氧化还原酶活、激素响应、生长素响应及跨膜运输等为主要条目；KEGG中植物激素信号转导为共同核心通路，玉米素、花青素、苯丙烷通路也被调控。qRT-PCR验证IAA6、IAA15、SAUR21L、GA20ox1上调，CKX5与ZOX下调，与激素升高一致。
5.5 沪芊接种JB0319和SAAS-6–3的差异代谢物谱与关键代谢通路
非靶向代谢组共检710个代谢物，OPLS-DA证明组间代谢差异可靠。核心307个差异代谢物富集于ABC transporters、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢、半乳糖代谢、三羧酸（TCA）循环、碳代谢、精氨酸生物合成、黄酮生物合成、淀粉与蔗糖代谢等，支撑营养吸收与能量供应。
5.6 加权基因共表达网络及核心模块功能富集
WGCNA划分9个模块，MEblue（r=0.82）与MEyellow（r=0.80）与SAAS-6–3显著正相关。MEyellow被SAAS-6–3激活而JB0319抑制，富集叶绿体光合、乙酰辅酶A代谢、TCA循环和氨基酸合成，负责物质供应；MEblue上调，参与泛素依赖蛋白降解、昼夜节律和谷胱甘肽抗氧化，放大IAA/GA信号并维持氧化还原平衡，二者构成“物质供应—信号调控”网络。
讨论部分总结，研究人员指出沪芊与缤纷-3响应不同源于品种遗传差异、根际环境、细胞壁结构和激素稳态差异；SAAS-6–3因更强诱导宿主生长素合成与TCA活性而优于JB0319。多组学显示672个核心DEGs、307个关键代谢物及MEblue/MEyellow模块共同形成“激素—关键调控基因—功能靶基因—代谢物”级联。研究局限包括仅7天取样、盆栽条件、未对缤纷-3做多组学。结论上，贝莱斯芽孢杆菌尤其SAAS-6–3通过上调GA?/IAA合成基因、激活双核心模块、重塑ABC转运与碳氮代谢促进沪芊增产；缤纷-3无响应。该工作明确了PGPR促生的品种特异性，为绿叶菜可持续生产及专用菌剂开发提供理论基础。
结论部分翻译如下：
本研究系统考察两株贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）JB0319和SAAS-6–3对两个新生菜品种（沪芊，意大利型；缤纷-3，罗马型）的促生效应，并通过多组学与加权基因共表达网络分析（WGCNA）阐明机制。关键发现证实强品种特异性：两株菌均显著促进沪芊生长（SAAS-6–3优于JB0319），而缤纷-3无促进。
生理上，沪芊促生伴随可溶性蛋白增加及内源GA?与IAA上调，叶绿素与可溶性糖不变，说明调控可溶性蛋白合成与GA?/IAA平衡是核心生理基础。
整合转录组与代谢组及WGCNA构建完整“激素—关键调控基因—功能靶基因—代谢物”因果网络：转录组鉴定沪芊672个核心DEGs，富集植物激素信号转导、玉米素生物合成等；WGCNA筛出仅被SAAS-6–3激活的MEblue与MEyellow，MEblue经泛素介导蛋白降解和昼夜节律放大激素信号，MEyellow驱动光合、TCA循环与氨基酸合成；代谢组307个关键差异代谢物涉及ABC转运蛋白、氨基酸代谢、TCA循环等营养与能量通路，是该转录级联的终端输出。
综上，贝莱斯芽孢杆菌（尤其SAAS-6–3）通过MEblue与MEyellow模块协调转录—代谢重编程促沪芊生长：上调GA?/IAA合成基因、激活双核心模块、重塑营养运输与能量通路以增强产量相关性状。
本研究阐明贝莱斯芽孢杆菌促生的品种特异性，为绿色生菜栽培中PGPR精准应用奠基，并建议开展多地点田间试验及沪芊/缤纷-3根际分泌物与早期信号感知比较，以推进专用菌剂商业化与机制解析。
