如何精準(zhǔn)調(diào)控植物生長的“油門”和“剎車”？

植物生長的“油門”和“剎車”如何被精準(zhǔn)調(diào)控？

近日，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一株神奇菌株Sinomonas gamaensis NEAU-HV1，它通過重塑植物關(guān)鍵蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，打破生長抑制枷鎖，讓作物產(chǎn)量飆升！成果登上國際頂刊！

中文標(biāo)題：《Sinnomaras gamaensis NEAU-HV1通過重塑IAA14-ARF7/19互作促進(jìn)植物生長》

英文標(biāo)題：Sinomonas gamaensis NEAU-HV1 remodels the IAA14-ARF7/19 interaction to promote plant growth

發(fā)表期刊：New Phytologist

影響因子：10.2

合作單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)

百邁客生物為該研究提供了高通量絕對定量測序及分析等相關(guān)工作。

破局：植物生長的“分子開關(guān)”被重新編程

植物生長素信號通路中，IAA14蛋白是關(guān)鍵的“剎車控制器”——它與生長素響應(yīng)因子ARF7/19結(jié)合時，會抑制下游促生長基因表達(dá)。傳統(tǒng)促生菌多通過分泌激素“強推”生長，但NEAU-HV1菌株另辟蹊徑：它直接改寫IAA14與ARF7/19的互作模式，讓“剎車”松動，植物自主釋放生長潛能！

核心發(fā)現(xiàn)：NEAU-HV1對生長素信號的影響可能通過重塑SOLITARY-ROOT（SLR）/IAA14與ARF7/19的互作實現(xiàn)，且該過程不依賴生長素受體TIR1/AFB2，為植物-微生物互作機制提供了新見解。

文章核心內(nèi)容

• 材料與方法

① 菌株與培養(yǎng)條件

NEAU-HV1 分離自棉田土壤，使用TSB培養(yǎng)基（28°C，250 rpm）培養(yǎng)。

對照菌株：解淀粉芽孢桿菌FZB42和伯克霍爾德菌CC-A174。

② 植物材料與處理

擬南芥（Col-0野生型及突變體）、生菜、小麥、玉米、花生等。

細(xì)菌懸液（10?–10? CFU/ml）處理種子或幼苗，評估生長表型。

③ 促生長特性分析

溶磷能力（NBRIP培養(yǎng)基）、ACC脫氨酶活性（DF培養(yǎng)基）、IAA產(chǎn)量（HPLC檢測）。

④ 根際定殖能力

高通量測序結(jié)合內(nèi)標(biāo)法定量NEAU-HV1在根際和根內(nèi)的動態(tài)豐度。

⑤ 分子機制解析

轉(zhuǎn)錄組分析、酵母雙雜交（Y2H）、雙分子熒光互補（BiFC）、微量熱泳動（MST）等技術(shù)驗證IAA14-ARF7/19互作。

• 研究結(jié)果

① NEAU-HV1顯著促進(jìn)作物生長

生菜、小麥、玉米、花生的生物量（鮮重、干重）和根系長度顯著增加。

田間試驗中，NEAU-HV1處理使花生株高增加56.4%，蛋白質(zhì)含量提升16.5%。

② 多效性促生長特性

溶磷指數(shù)（PSI=4.1）、IAA產(chǎn)量（22.14 μg/ml）、ACC脫氨酶活性均優(yōu)于對照菌株。

③ 根際與內(nèi)生定殖能力

接種20天后，根際和根內(nèi)菌量分別達(dá)4.2×103和7.6×103 copies/g鮮重。

④ 代謝物通過生長素信號誘導(dǎo)側(cè)根形成

NEAU-HV1代謝物促進(jìn)側(cè)根原基（LRP）從階段I向VII的發(fā)育，且不抑制主根伸長。

該過程依賴 IAA14-ARF7/19 信號模塊，但與TIR1/AFB2受體無關(guān)。

• 研究討論

傳統(tǒng)研究多停留在微生物的“有無”層面，而本研究通過高通量微生物絕對定量技術(shù)，將含量多少轉(zhuǎn)化為精確的拷貝數(shù)數(shù)據(jù)，如同為細(xì)胞安裝“納米級傳感器”。本研究首次揭示 S. gamaensis NEAU-HV1 通過分泌代謝物重塑IAA14與ARF7/19的互作，獨立于經(jīng)典生長素受體激活側(cè)根發(fā)育。其多效性促生長特性（溶磷、產(chǎn)IAA、根際定殖）及對脂肪酸組成的調(diào)控（增加短鏈飽和脂肪酸）展現(xiàn)了廣闊的農(nóng)業(yè)應(yīng)用潛力。未來需進(jìn)一步解析其活性代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以深化對植物-微生物互作機制的理解。

技術(shù)亮點

• 微生物高通量絕對定量使用：說明菌的絕對拷貝數(shù)與植物生物量成正比。
• 動態(tài)范圍提升10倍：可檢測到低至1 fmol/μg的蛋白互作變化，靈敏度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法。
• 時間分辨率突破：連續(xù)監(jiān)測處理0-72小時內(nèi)IAA14-ARF7/19復(fù)合物的動態(tài)解離曲線，揭示菌株作用的“黃金窗口期”。

應(yīng)用前景：從實驗室到田間

• 增產(chǎn)革命：在玉米、水稻試驗中，NEAU-HV1處理組生物量平均增加35%，且無需額外施肥。
• 抗逆潛力：初步數(shù)據(jù)顯示，該菌株可緩解鹽脅迫下植物的生長抑制，未來或成“抗逆基因開關(guān)”。
• 綠色農(nóng)業(yè)：取代化學(xué)激素，減少環(huán)境污染，契合碳中和目標(biāo)。

結(jié)語

從分子開關(guān)的精準(zhǔn)調(diào)控到絕對定量技術(shù)的革新，這項研究不僅解鎖了植物生長的“隱藏技能”，更展現(xiàn)了合成生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的無限可能。未來，我們或許只需一株工程菌，就能讓萬畝良田“自主升級”！