暨南大學(xué)莫測輝教授團隊向壘教授等在Microbiome發(fā)表論文：種子內(nèi)生菌通過垂直傳遞效應(yīng)調(diào)控作物吸收累積抗生素的機理
暨南大學(xué)融媒體中心訊 近日，一項由暨南大學(xué)莫測輝教授團隊向壘教授等主導(dǎo)的研究在國際微生物學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Microbiome》雜志上發(fā)表，該研究報道了種子內(nèi)生菌通過垂直傳遞效應(yīng)調(diào)控作物吸收累積抗生素的機理，為認識和理解作物吸收累積有機物污染物提供了全新理論視角，并為合理利用低累積作物品種和功能微生物實現(xiàn)污染農(nóng)田的安全利用提供了科學(xué)依據(jù)。
抗生素在人類醫(yī)療、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖等領(lǐng)域廣泛使用，導(dǎo)致其大量進入環(huán)境成為新污染物，在農(nóng)田土壤中普遍檢出，并易被農(nóng)作物吸收累積，嚴重威脅農(nóng)產(chǎn)品安全和人體健康。篩選和種植污染物低累積作物品種是保障污染土壤安全利用并同步修復(fù)的重要策略。該研究團隊針對珠三角地區(qū)農(nóng)田環(huán)境中典型抗生素環(huán)丙沙星（CIP）和代表性葉菜類作物菜心，率先篩選獲得了其低累積品種（LAV），初步揭示了該低累積作物品種的生理生化與分子機制。同時發(fā)現(xiàn)，微生物在作物吸收累積污染物過程中也發(fā)揮重要作用，但對于關(guān)鍵微生物及其作用過程與調(diào)控機制仍未明確。
該研究創(chuàng)新性地從種源微生物（種子內(nèi)生菌）的角度，通過構(gòu)建無菌培養(yǎng)體系，利用 16S rRNA 和 ITS 基因測序以及關(guān)鍵功能微生物的富集篩選與功能驗證實驗，系統(tǒng)探討了LAV（和相應(yīng)高累積作物品種HAV）的種源微生物垂直傳遞效應(yīng)及其特征群落結(jié)構(gòu)組裝過程，并揭示了這一過程調(diào)控作物吸收累積 CIP 的作用機制。研究成果發(fā)現(xiàn)LAV和HAV根系均可從種子微生物中富集特異性的細菌群落，其中LAV根系分泌馬來酸少，在 CIP 脅迫下其細菌群落組裝模式由隨機性轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定性（圖 1 和圖 2），形成以毛螺科（Lachnospiraceae）和腸桿菌科細菌（Enterobacteriaceae）為主的更為復(fù)雜和敏感的根系細菌群落，抑制根系對 CIP 的捕獲吸收，呈現(xiàn)低累積特征（圖3）。反之，HAV根系分泌馬來酸多，無論是否存在 CIP 脅迫，其根系細菌群落均為確定性組裝過程，并形成以菌芽孢桿菌屬細菌（Bacillus）為主的更具特異性和協(xié)同性的 CIP 耐受型根系菌群（圖 1 和圖 2）。關(guān)鍵功能菌的定向篩選富集及接種驗證實驗表明，HAV根系分泌更多的馬來酸，對Bacillus菌形成更強趨化和招募作用，從而介導(dǎo)驅(qū)動種源微生物Bacillus（BpB13）通過垂直傳遞效應(yīng)定殖于其根系，并通過分泌吲哚乙酸（IAA）和鐵載體等促生代謝產(chǎn)物，促進HAV根系生長及對 CIP 脅迫的抗逆作用，從而提高其對 CIP 的耐受和根系捕獲、吸收轉(zhuǎn)運性能（圖 3 和圖4）。
這一研究成果首次揭示了種源微生物調(diào)控作物吸收累積有機污染物的作用機制，發(fā)現(xiàn)了根系分泌低分子有機酸通過驅(qū)動種源微生物的垂直傳遞效應(yīng)，及其在作物吸收累積抗生素過程中的關(guān)鍵調(diào)控作用，從植物-微生物相互作用維度為理解有機污染物在植物體內(nèi)的吸收累積機制提供了全新的理論視角，也為合理利用低累積作物品種和功能微生物實現(xiàn)污染農(nóng)田的安全利用提供了科學(xué)依據(jù)。
暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院向壘教授和莫測輝教授為該文的共同通訊作者。王一澤博士和趙海明副研究員為該文的共同第一作者。同時該研究工作也得到了夏威夷大學(xué) Qing X. Li 教授的指導(dǎo)和幫助。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金重點項目、廣東省特支計劃領(lǐng)軍人才項目、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02073-2
圖1.CIP脅迫下無菌環(huán)境中兩品種菜心的種源細菌群落特征
圖2.不同CIP濃度脅迫下兩品種菜心根內(nèi)種源細菌群落的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析
圖3.兩品種菜心根系的核心細菌屬及其與兩品種菜心表型參數(shù)的相關(guān)性和結(jié)構(gòu)方程分析
圖4.兩品種菜心接種芽孢桿菌BpB13的功能驗證
責(zé)編：李梅