近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生科院沈振國(guó)團(tuán)隊(duì)陳晨課題組在《Cell Reports 》期刊上發(fā)表了題為“Rhizosphere microbes enhance plant resistance to cadmium through a root ROS-microbial IAA-root DNA methylation interkingdom signaling pathway”的研究論文。該研究首次揭示了植物與根際促生菌通過(guò)“植物ROS-根際微生物IAA-宿主甲基化”跨界信號(hào)傳導(dǎo)通路協(xié)同適應(yīng)環(huán)境脅迫的機(jī)制。該研究為脅迫環(huán)境下植物-微生物互作提供新見(jiàn)解，同時(shí)為設(shè)計(jì)具有抗逆促生功能的合成菌群提供理論基礎(chǔ)。

土壤重金屬污染嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，威脅糧食產(chǎn)量和安全。植物根系作為直接接觸重金屬脅迫的部位，會(huì)采用多種方式提高對(duì)重金屬的抗性。例如，根系會(huì)通過(guò)“cry-for-help”的方式招募有益根際菌株協(xié)同適應(yīng)脅迫環(huán)境。然而，這種重金屬脅迫下植物與微生物之間跨界交流的分子機(jī)制仍不清楚。

該研究通過(guò)解析植物根際促生菌（Bacillus sp. PGP5 and Pantoea sp. PGP6）與植物（水稻和龍葵）的互作機(jī)制，發(fā)現(xiàn)重金屬脅迫下植物根系產(chǎn)生的活性氧（ROS）誘導(dǎo)根際促生菌合成吲哚乙酸（IAA）。同時(shí)，根際促生菌合成的IAA可以顯著抑制根系由重金屬誘導(dǎo)的ROS合成，提高植物的重金屬抗性。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這種“根ROS-微生物IAA”反饋回路同樣存在于其他環(huán)境脅迫（如鹽脅迫和干旱脅迫）以及其他根際促生菌和植物互作中，可能是一種普遍機(jī)制。值得注意的是，與單個(gè)菌株相比，由菌株P(guān)GP5和PGP6組成的合成菌群（SynCom）在重金屬脅迫下表現(xiàn)出更好的IAA產(chǎn)量和促進(jìn)植株生長(zhǎng)的能力。

研究進(jìn)一步揭示，根際促生菌所產(chǎn)生的IAA能夠誘導(dǎo)根系中與DNA甲基化相關(guān)基因的表達(dá)，從而對(duì)根系DNA的甲基化狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控。植物產(chǎn)生的ROS在這一調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。綜上，該研究揭示了重金屬脅迫下植物與根際微生物相互作用的新跨界信號(hào)通路，即“植物ROS-根際微生物IAA-宿主甲基化”通路。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生科院徐希輝教授和博士生竇悅為論文共同第一作者，陳晨教授為論文通訊作者，沈振國(guó)教授為本研究提供了系統(tǒng)性指導(dǎo)，蔣明義教授、陳亞華教授、學(xué)生趙尚軍和江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院趙春芳副研究員共同參與了該研究。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)01262-8