贝莱斯芽孢杆菌FH-1通过调控特定时空的土壤微生物组促进水稻苗生长

【背景】以植物根际促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR)为核心的微生物肥料是实现农业可持续发展的重要途径。【目的】以前期获得的一株可显著促进水稻生长的贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)FH-1为研究对象,运用盆栽试验和高通量测序技术,在时空尺度上系统研究了其在复杂土壤系统中的演变规律及其促进水稻生长的微生物生态学机制。【方法】将贝莱斯芽孢杆菌FH-1接种水稻盆栽,在时间和空间尺度分别采取水稻和根际土壤样品,利用直尺和天平测定水稻的株高和植株干重。提取根际土壤DNA后,利用16S rRNA基因扩增子测序解析水稻根际土壤的微生物群落组成,进一步使用Spearman相关统计分析研究水稻-微生物之间的相关性。【结果】接种后第0天,处理组(F)与对照组(CK)间水稻无显著差异。随着时间推移,F组对水稻的促生效果越来越明显。接种后第20天F组中水稻株高和干重分别比CK组高6.02%和12.52%(P<0.05)。前期(接种后5-10 d)贝莱斯芽孢杆菌FH-1在地下0-3 cm土壤中的定殖丰度高于地下3-6 cm 1.19%-2.64%,通过富集地下0-3cm土壤中的Kineosporiaceae、Chitinophagales等物种和延胡索酸呼吸(fumarate respiration)等功能,以及地下3-6 cm土壤中的Bacillaceae、Phycisphaerae等物种和nitrate ammonification等功能促进水稻生长。后期(接种后15-20 d)贝莱斯芽孢杆菌FH-1在地下0-3 cm土壤中的定殖丰度高于地下3-6 cm 134%-139%,通过富集地下0-3 cm土壤中的Bacillus、Ilumatobacteraceae等物种和xylanolysis功能,及地下3-6cm土壤中的Acidimicrobiia、Mycobacterium等物种和respirationof sulfur compounds功能促进水稻苗早期生长。【结论】在土壤生态系统中,贝莱斯芽孢杆菌FH-1通过调控特定时空位点的微生物群落结构和功能促进水稻苗的早期生长。

大豆棉子糖合成酶基因生物信息学及表达分析

棉子糖是一种广泛存在于植物中并参与植物抵抗各种非生物逆境胁迫的重要碳水化合物。棉子糖合成酶(RS)是催化肌醇半乳糖苷和蔗糖产生棉子糖的关键酶。本研究对大豆中3个编码RS的基因序列进行生物信息学分析。结果显示,3个RS基因所编码的蛋白序列长度从758到782个氨基酸残基,等电点分别为6.07、6.39和6.07。RS蛋白主要定位于叶绿体或/和细胞核中,且均含有不同数量的丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)磷酸化位点。蛋白系统进化分析表明,GmRS1、GmRS2与豌豆Ps RS的亲缘关系最近,GmRS3与拟南芥AtRS5和黄瓜CsRS的亲缘关系最近。启动子序列分析表明,3个RS基因启动子序列中含有多种逆境相关顺式作用元件。实时荧光定量PCR结果显示,GmRS1和GmRS3在高盐、干旱、低温和高温处理下表达量上升,而GmRS2仅在高温处理下表达量上升。表明大豆3个RS基因均可不同程度响应非生物胁迫。