杨培志教授团队揭示青藏高原垂穗披碱草根际合成菌群赋予紫花苜蓿抗旱耐寒能力的机制

近日，杨培志教授团队在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》期刊发表了题为“A Synthetic Community from Campeiostachys nutans Rhizosphere in the Qinghai-Tibet Plateau Endow Alfalfa with the Ability to Resist Drought and Cold”的研究论文 。该研究成功构建了一个具有促生功能的合成菌群（SynCom），揭示了核心根际微生物增强植物抗逆性的潜力，为开发新型微生物菌剂以提高作物在干旱和低温胁迫下的生产力提供了全新的视角 。学院博士徐苏萌为该文共同第一作者，学院杨培志教授和付娟娟副教授为共同通讯作者。

为探究垂穗披碱草根际微生物的功能，研究团队表征了青藏高原五种草地类型中根际周围土壤、根际和内生微生境中的细菌群落变异，并分离了核心菌株 。基于细菌生长促进特性的评估与体外互作网络实验，团队成功构建了由三株核心细菌（Paenarthrobacter sp. AL78、Paenarthrobacter sp. RB48 和 Bacillus sp. AL10-1）组成的合成菌群 SC 。在水培实验中发现，在PEG诱导的干旱和低温条件下，接种该合成菌群显著促进了紫花苜蓿的生长，其地上部鲜重和根体积均显著高于未接种的对照组 。

为深入解析该菌群诱导紫花苜蓿产生系统性耐受的分子机制，课题组通过联合转录组学和非靶向代谢组学分析证实：在干旱胁迫下，SC合成菌群能够通过清除活性氧（ROS）、调节免疫基因表达以及合成谷氨酸类代谢物，显著改变紫花苜蓿的抗逆响应 。此外，在低温胁迫下，该合成菌群通过增强植物的光合活性、提高抗氧化酶水平以及促进海藻糖等渗透调节物质的产生，赋予了紫花苜蓿极强的耐寒性 。

该研究系统解析了垂穗披碱草根际微生物群落通过信号传导和代谢重编程调控紫花苜蓿抗逆性的内在机制 。这不仅为利用微生物组策略提高紫花苜蓿对干旱和低温的适应能力提供了技术途径，也为进一步探索极端环境下的植物-微生物互作分子基础提供了重要的理论依据 。

该研究得到国家自然科学基金区域创新发展联合基金和西藏自治区自然科学基金的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c14225