近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王保戰(zhàn)教授課題組聯(lián)合河南大學(xué)、廣西農(nóng)科院等單位，在微生物學(xué)頂級(jí)期刊《Microbiome》發(fā)表題為“Reovirus infection results in rice rhizosphere microbial community reassembly through metabolite-mediated recruitment and exclusion”的研究論文。該研究揭示了蟲(chóng)媒病毒可通過(guò)調(diào)控植物根系代謝物組成，選擇性招募或排斥關(guān)鍵微生物類(lèi)群，從而重塑水稻根際微生物群落結(jié)構(gòu)與功能，為通過(guò)微生物組調(diào)控提升作物健康提供了新思路。

南方水稻黑條矮縮病毒（SRBSDV）是東亞稻作區(qū)危害最為嚴(yán)重的蟲(chóng)媒病毒之一。感染后，水稻植株矮化、根系短小、產(chǎn)量銳減。研究團(tuán)隊(duì)以SRBSDV感染水稻為模型，綜合運(yùn)用代謝組學(xué)、擴(kuò)增子測(cè)序與宏基因組學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)解析病毒侵染如何通過(guò)代謝物介導(dǎo)的化學(xué)信號(hào)改變根際微生物群落的組裝與功能。結(jié)果表明，病毒感染顯著改變了根際代謝物譜，共有近千種陽(yáng)離子與陰離子代謝物發(fā)生變化，多種氨基酸、糖類(lèi)和有機(jī)酸顯著積累，表明植物根系代謝途徑被“重編程”。尤其是黃酮類(lèi)化合物槲皮素（quercetin）含量顯著升高，這類(lèi)物質(zhì)被認(rèn)為是調(diào)控微生物定殖的重要信號(hào)分子。病毒感染導(dǎo)致根際群落結(jié)構(gòu)與功能重組，變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、酸桿菌門(mén)及硫桿菌門(mén)比例上升，一些關(guān)鍵功能菌如甲烷氧化菌、硝化菌和鐵氧化菌等顯著富集。宏基因組功能注釋顯示感染組中與類(lèi)固醇、萜類(lèi)、抗生素及谷胱甘肽代謝相關(guān)的通路明顯增強(qiáng)，提示病毒通過(guò)改變宿主代謝物間接塑造微生物功能網(wǎng)絡(luò)。

研究揭示，病毒感染增強(qiáng)了由環(huán)境選擇主導(dǎo)的確定性過(guò)程，表明植物在病毒脅迫下可通過(guò)代謝信號(hào)主動(dòng)“篩選”微生物。代謝物-微生物二分網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)根際形成兩個(gè)功能模塊：招募有益微生物（如Nitrospira和Sideroxydans），排斥潛在有害菌（如Salmonella），其中槲皮素位于網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)，是驅(qū)動(dòng)“招募與排斥”過(guò)程的關(guān)鍵代謝物。實(shí)驗(yàn)室水培體系也印證了這一規(guī)律。

 蟲(chóng)媒病毒引起的根際代謝物重構(gòu)微生物群落與功能示意圖

研究提出植物在病毒感染后不僅通過(guò)根系代謝物發(fā)出“求救信號(hào)”吸引有益菌，還通過(guò)化學(xué)排斥機(jī)制“拒絕不速之客”，實(shí)現(xiàn)根際微生物群落的重組與生態(tài)平衡再塑。這一“代謝物介導(dǎo)的雙向篩選機(jī)制”揭示了病毒-植物-微生物三方互作的新生態(tài)模式，為理解植物應(yīng)對(duì)生物脅迫的主動(dòng)防御機(jī)制及構(gòu)建“抗病毒型微生物組”提供了理論基礎(chǔ)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王保戰(zhàn)教授和柳旭博士為論文通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02188-6