微生物效应蛋白在植物-微生物互作中作用的研究进展

微生物效应蛋白在植物与微生物的相互作用过程中发挥种间的信息交流功能,起到重要的桥梁作用。它通过抑制植物受体诱导的免疫、调控植物基因转录、酶激活或抑制等方式为微生物侵染植物提供便利。不同类型微生物效应蛋白发挥的功能不同,作用方式和分子机制也不尽相同,且研究状况存在一定的差异,本研究通过回顾近些年来微生物效应蛋白的研究结果,对其在细菌、真菌、卵菌等病原菌及有益共生菌侵染宿主过程中的作用和分子机制进行总结,为植物-微生物相互作用机制深入研究提供相关理论依据。

miRNA介导植物-微生物互作中的调控作用及其研究进展

微生物与植物之间存在错综复杂的双向交流和串扰,植物与病原微生物互作直接影响寄主植物的生存状况,而植物和益生微生物互作则有利于宿主的生长和健康,共生微生物也会从中受益。不管是病原微生物还是有益微生物进入植物体内,植物miRNA都会迅速做出响应,同时微生物也可以产生miRNA样RNA(miRNA-likeRNA,milRNA)影响植物健康,可见miRNA(或milRNA)是植物与微生物互作过程中迅速响应的重要媒介分子,其内在机制研究近年来取得了许多进展。文中概述了植物-病原微生物、植物-益生微生物互作中miRNA的调控作用,重点阐述了植物miRNA在植物-病原微生物互作过程中对寄主植物抗病性的调控作用和植物-益生微生物互作过程中对宿主植物生长发育及代谢的调控,以及真菌milRNA对寄主植物的跨界调控作用。

Ca^(2+)对植物——微生物互作反应的调控

植物对微生物信号接收、传递及应答的研究是当前植物———微生物互作的分子生物学领域中最具吸引力的课题之一 ,Ca2 +是迄今为止唯一被证实的植物细胞内信号。大量研究表明 ,Ca2 +也参与了植物———微生物互作的信号传递。近 15年来 ,随着细胞生物学、生物化学、分子生物学研究技术的飞速发展 ,人们对Ca2 +在植物———微生物互作中生理意义的认识大为加深。从Ca2 +信号的研究方法、Ca2 +在植物抗病防卫反应中的作用、Ca2 +在植物———微生物共生关系中的作用及Ca2

印度梨形孢(Piriformospora indica)的生物学特性及对植物生长的互作效应研究进展

印度梨形孢(Piriformospora indica)发现于印度北部沙漠地区植物根系,具有多种多样的生物学功能,可以促进植物生长,提高植物对生物逆境与非生物逆境的忍耐性。简要综述了印度梨形孢在定殖过程、生物学功能和菌肥制作应用方面的研究进展。

生长素在微生物调控根发育过程中的作用

很多微生物通过分泌生长素和生长素前体与植物建立了有益的关系并改变植物根系的形态结构,此外,微生物分泌的其他代谢产物也能改变植物生长素信号通路。因此,生长素和生长素信号通路在微生物调控植物根系发育的过程中起着至关重要的作用。该文从生长素合成、生长素信号和生长素极性运输3个方面总结了生长素在微生物调控植物根系发育过程中的作用,主要包括微生物增加了植物内源生长素的含量、增强了生长素的信号和调控PIN蛋白的表达水平,进而如何调控植物生理和分子水平来适应微生物对其根系的改变,为进一步开展该方面的研究奠定了基础。

微生物镉解毒机制及微生物-植物互作修复研究进展

镉(cadmium,Cd)是引起粮食减产的主要金属之一,具有高溶解性及高迁移性,易被植物吸收和积累。微生物长期在镉胁迫的条件下进化出一系列的镉解毒机制。微生物对镉的解毒包括抑制Cd(Ⅱ)的进入、促进Cd(Ⅱ)的外排,以及将进入胞内的Cd(Ⅱ)进行“扣押”。微生物的Cd(Ⅱ)钝化是通过细胞吸附和胞外沉淀将游离态的Cd(Ⅱ)进行钝化,这类微生物具有较强的土壤镉污染治理潜力。本文主要介绍微生物的镉解毒机制、微生物-微生物互作、微生物-植物互作机制及其在镉污染生物修复中应用的最新研究进展。

有涌现性功能的合成菌群在作物育种上的应用前景

在农业生态系统中,微生物具有丰富多样的复杂生态学功能,这些功能的产生具有涌现性。所谓涌现性,指的是复杂系统中随着系统复杂性增加产生的新特性。有趣的是,虽然涌现性功能源于多物种的共同作用,但是所需物种数量通常较少。这不但为利用合成菌群探究涌现性功能的产生提供了可能,而且还为应用合成菌群改造植物菌群提供了抓手。种子菌群作为植物最早的微生物群落,其所包含的微生物具有多样性相对较低的特点。但是,其在植物共生菌群的演化过程中却具有重要作用。此外,受限于种子干燥、贫营养的微生境条件,生物膜是微生物在种子表面和内部存在的主要形式。因此,本文提出以有涌现性功能的合成微生物群落为种子包衣,或可成为在植物微生物组调控中最关键时间节点、最易于开展阶段的有效干预途径。在此基础上,分别从宿主和菌群角度介绍了调控种子菌群涌现性功能的潜在因素。在智慧农业的场景下,通过与种子芯片技术、无人智能化平台的结合,或可在农田中实现合成菌群的大规模施用和功能动态实时监测,为发掘具有特定功能的合成微生物群落、开展基于种子合成菌群生物膜包衣的应用提供可行途径,进而有望为微生物-作物联合育种技术的发展带来重大变革。

根际微生物产生长素(IAA)研究进展

吲哚-3-乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)首先在植物细胞内被发现。自然界中除了植物可分泌IAA,根际微生物也能产IAA,对植物生长发育具有调控作用。通过对根际微生物产IAA生物合成途径研究以及介导植物生长发育调控作用的文献追踪,本文综述了该领域的研究发展动态,对进行植物的生长增效,提高农作物产量,深入理解植物-微生物的互作关系等研发工作提供有价值的参考。

蛋白磷酸化修饰在植物-病原微生物互作中的作用研究进展

蛋白磷酸化修饰是植物细胞信号调控的普遍机制。植物-病原微生物互作过程中,关键调控蛋白的磷酸化状态影响免疫信号的激活。多种病原微生物通过干扰宿主蛋白的磷酸化状态攻击免疫系统,以提高致病性。该文对植物免疫调控过程中关键元件的磷酸化修饰及其在免疫信号中的调控作用进行了综述。研究植物-病原菌互作过程中关键蛋白的磷酸化修饰,有助于深入探讨植物-病原微生物互作的分子机理。该文将为寻找广谱抗病的新途径提供理论依据。

内蒙古草原典型植物对土壤微生物群落的影响

为了分析内蒙古草原不同植物物种对土壤微生物群落的影响,采用实时荧光定量PCR(real-time PCR)以及末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)等分子生物学技术,测定了退化-恢复样地上几种典型植物的根际土壤和非根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构。结果表明,不同植物物种对根际和非根际细菌及根际真菌数量均有显著影响。根际土壤中的细菌和真菌数量普遍高于非根际土壤,尤其以真菌更为明显。对T-RFLP数据进行多响应置换过程(multi-response permutation procedures,MRPP)分析和主成分分析(principal component analysis,PCA),结果表明,大多数物种的根际细菌及真菌的群落结构与非根际有明显差异,并且所有物种的真菌群落可以按根际和非根际明显分为两大类群。此外,细菌和真菌群落结构在一定程度上存在按物种聚类的现象,以细菌较为明显。这些结果揭示了不同植物对土壤微生物群落的影响特征,对理解内蒙古草原地区退化及恢复过程中植被演替引起的土壤性质和功能的变化有一定的帮助。

激光捕获显微切割技术在植物基因组研究中的应用

植物的生长和发育在很大程度上取决于组织和(或)器官特异表达的基因,但要获取某一发育阶段的特异细胞类群来进行基因表达分析又是相当困难的。近年发展起来的激光捕获显微切割技术可以在显微镜下快速准确地获取单一的细胞类群,甚至单个细胞,成功地解决了组织中细胞的异质性问题。介绍了该技术的原理,并对其在植物中的应用进展情况做了综述,同时指出了该技术在植物中应用的可能发展方向。

植物根际微生物群落构建的研究进展

植物根际是指植物根系与土壤的交界面,是根系自身生命活动和代谢对土壤影响最直接、最强烈的区域,其物理、化学和生物性质不同于土体土壤。在这个区域里,与植物发生相互作用的大量微生物,被称为根际微生物。根际微生物在植物的生长发育和植物病虫害的生物防治等方面都具有十分重要的意义。本文总结了根际微生物群落构建的研究现状,介绍了根际微生物的经典和最新的研究方法,包括根箱法、同位素技术以及高通量测序、菌群定量分析、高通量分离培养等方法在根际微生物研究中的应用,讨论了植物根系分泌物(碳水化物、氨基酸、黄酮类、酚类、激素及其信号物质)和土壤物理化学性质对根际微生物群落的影响,概述了根际微生物-植物的互作机制,以及根际微生物群落对植物的促生作用、提高植物抗逆性和抑制作用,并对根际微生物群落研究中存在的问题和未来发展方向进行了展望。

植物根系化合物调控微生物菌群研究进展

植物根系所"组装"的微生物菌群是植物维护根系与土壤生物体稳态、响应胁迫、吸收营养和健康生长的重要体系。植物根部代谢产物介导和调控微生物菌群的组成、结构、分布和功能。但是,目前对根系次生代谢产物的种类和功能尚缺乏充分研究。发现根部次生代谢产物并解析其在调控根际微生物菌群结构中的功能,是解码植物与微生物相互作用的"化学信号"的关键。本文综述了根部化合物在根系微生物菌群组成和调控方面的最新研究进展,并对应用合成生物学理念合成或调控植物根部次生代谢产物,以此调控根系微生物菌群,进而改善植物生长和性状的发展前景进行了探讨。

腐植酸促进候选细菌丰富植物微生物群以抑制病原体

腐植酸(HA)通过调节植物的激素和氧化还原代谢来刺激几种植物种类的生长,然而,关于HA与植物相关菌群的关系鲜有报道。本文中,我们假设HA效应与植物相关细菌群落的调控同时发生,水稻在施用或不施用HA(80 mg/L)的营养液中生长264 h,每24 h评价1次植株生长,施用240 h后取样品进行16S rRNA基因测序。第1次施用HA后,从100 h到264 h植株净同化率、绝对生长率和相对生长率增加,根系体积和其他生长变量在植物生长周期的不同时间受到刺激。宏基因组分类揭示,使用HA后细菌群落结构和组成受到影响,HA处理的根部,群落成员间的相互作用增强,显示更多关联更密切的细菌群落,鞘氨醇菌属(Chitinophaga)和粘液杆菌属(Mucilaginibacter)是HA处理后根系的优势菌属。据报道,这些细菌能产生酶,降解真菌、卵菌和线虫卵壁中的化合物。铁载体产生者和植物生长促进者——假单胞菌(Pseudomonas)和酸杆菌Gp1(Acidobacteria Gp1)均富集,虽然丰度较低。鉴于这些结果,我们认为植物组建这些微生物是为了应对HA—根互作引起的胁迫。我们的研究结果首次表明,受HA刺激的植物可能采用组建细菌群落成员的生态策略,这些细菌群落成员是抑制病原体的候选者,因而参与植物防御.

植物 SWEET 基因家族促进病害发生的研究进展

糖的运输和分配在调节植物的生长发育和应对生物和非生物胁迫中起着关键作用。在植物-病原菌相互作用过程中,存在着对糖的竞争,这种竞争由膜运输体控制且对植物和病原互作的结果具有决定性作用。SWEET糖转运蛋白是细胞外病原菌的靶向目标,病原菌通过修改其表达水平以获得生长所需的糖分营养。本文阐述了植物中SWEET家族的分布和结构,归纳总结了SWEET在细菌、真菌和卵菌入侵寄主植物过程中所扮演的角色,最后展望了通过基因工程手段操纵SWEET基因的表达对于开发抗病栽培品种的前景。

亚热带森林根系和菌根真菌调控凋落叶分解和主场效应

根系向凋落物层生长是森林生态系统中存在的普遍现象,研究根系和菌根真菌如何调控凋落物分解对理解森林生态系统的养分循环具有重要意义。通过在亚热带楠木(丛枝菌根树种)和格氏栲(外生菌根树种)人工林中进行了2年的凋落物互换和菌根排除实验,研究根系及其共生菌根真菌如何影响森林凋落物的分解速率和主场效应。结果发现:经过720 d的分解,在楠木人工林中,根系的存在促使楠木和格氏栲凋落物的分解速度分别提高了29%和47%,而在格氏栲人工林中,根系存在对格氏栲凋落物分解无显著影响,但增加了楠木凋落物的分解速率。此外,楠木人工林中,有根和无根处理下凋落物分解均无主场效应,而格氏栲人工林凋落物仅在根系存在的情况下显示出负的主场效应。进一步发现格氏栲凋落物的负主场效应归因于楠木人工林凋落物层更大的腐生真菌丰度和更强的磷降解酶活性。结果表明,在亚热带不同菌根类型树种中,菌根真菌与腐生真菌的相互作用(拮抗或促进),很有可能通过影响磷降解酶的活性,进而影响凋落物的分解率和主场效应。

植物铁素吸收机制研究进展

铁是植物生长发育过程中必不可少的矿质营养元素。虽然土壤中的铁元素总量丰富,但主要以不溶性的氧化铁和氢氧化铁的形式存在。为了从土壤中获得足够的铁元素,植物在长期的进化过程中,形成了两种不同的铁吸收策略,即依赖于Fe^(3+)还原为Fe^(2+)进行吸收的机制Ⅰ和依赖于Fe^(3+)螯合而吸收的机制Ⅱ。通过查阅文献,发现植物存在一种新的铁吸收机制—基于微生物-植物互作的铁素吸收机制,但目前还未见到对其详细介绍的文献综述。因此总结阐述了对植物铁素吸收的两种机制以及微生物-植物互作铁素吸收的新机制,并对植物铁吸收机制未来发展方向进行展望,为植物栽培生产领域提供新思路。

浅析影响根际土壤碳循环的相关因素

植物-微生物间的复杂互作对土壤碳储量和土壤有机质分解起着重要作用。植物间的相互竞争、植物根系分泌物及呼吸等过程不仅会改变土壤的理化性质,而且会使微生物群落结构特征发生改变,使土壤碳循环过程存在差异。结合国内外对土壤碳循环的主要研究进展,总结分析了植物种类及种植方式、植物根系分泌物、根际土壤理化性质及土壤动物对土壤碳循环过程的影响,并提出未来该领域研究中可重点关注的研究方向及内容。

微生物在沙化土壤修复中的应用研究进展

土壤沙化问题在全球范围内受到关注,成因主要包括干旱气候和人为活动,尤其人为活动加剧了干旱和风蚀,植被覆盖度降低,进而导致土壤沙化.除了常规治理方法,土壤微生物或微生物与植物联合修复方法日益受到关注并成为当前科研和应用热点.本文介绍微生物对沙化土壤理化性质、植物生长、沙化土壤-植物良性互作的影响以及在沙化地区土壤生态恢复过程中发挥的重要作用及最新研究进展.目前较为前沿的微生物固沙技术包括利用蓝藻等微生物的生物结皮技术与微生物诱导碳酸盐沉淀技术等.此外,将微生物与传统的草方格固沙技术、土壤固定剂或生物炭等联合使用,以提高土壤养分、增加土壤团聚体和有机碳含量,也成为微生物固沙研究和应用的一个热门方向.最后分析了针对土壤沙化地区微生物可能面临的降雨少、盐分高、辐射强、养分低等不利环境条件,建议利用组学、材料学等技术在微生物的筛选、驯化及微生物与材料或其他传统固沙技术的联合等方面开展研究.

淡紫拟青霉A10的促生特性及其发酵液对印度芥菜幼苗蓄积Cs^+的影响

从种植印度芥菜的盆栽土壤(ρ[Cs^+]为10 mmol·kg-1)中筛选出淡紫拟青霉(A10),通过测试分析A10溶磷、解钾、分泌植物生长素(IAA)类似物及其发酵液对印度芥菜幼苗蓄积Cs^+的影响,研究A10的植物促生特性及其发酵液在印度芥菜蓄积Cs^+过程中的作用,为植物-微生物互作在Cs^+污染环境修复中的应用及其互作机制研究提供实验依据。结果显示:A10对Cs^+的耐受性和富集能力强,ρ(Cs^+)为50～100 mg·L^(-1)时A10的溶磷能力被显著抑制(P<0.05);Cs^+处理及外源色氨酸均可显著诱导A10分泌IAA类似物;用1/2 Hoagland营养液稀释A10发酵液后再配制ρ(Cs^+)为25～100 mg·L^(-1)的处理液,用其培养印度芥菜,ρ(Cs^+)为0 mg·L^(-1)(CK)时A10发酵液对印度芥菜幼苗根的生长呈现"低促高抑"的生长素效应,稀释35倍时的促根效果最佳;A10发酵液稀释5、35倍和55倍条件下,ρ(Cs^+)为100 mg·L^(-1)时幼苗地上部Cs^+蓄积量均显著升高,其中稀释35倍时Cs^+蓄积量达最大值,地上部为8.86 mg·g-1DW,地下部为16.76 mg·g-1DW,印度芥菜幼苗蓄积Cs^+与其吸收K+呈显著的负相关性。研究表明,淡紫拟青霉A10具有显著的植物促生特性,A10发酵液有利于提高印度芥菜幼苗对外源Cs^+的蓄积。