特定栽培品种对细菌群落的偏好以及宿主免疫受体激酶的调控机制，影响着水稻与微生物群相互作用的结果

《iMeta》：Cultivar-specific preference of bacterial communities and host immune receptor kinase modulate the outcomes of rice–microbiota interactions

水稻-微生物互作研究利用定制化无菌培养系统模拟稻田环境，发现同一微生物群对不同水稻品种（indica和japonica）的根生长有促进（RGP）或抑制（RGI）效应，且由品种特异性微生物群偏好和宿主免疫受体OsFLS2调控。OsFLS2通过调节有益与有害菌的平衡维持微生物群稳态，并影响宿主基因表达，从而控制水稻-微生物互作结果。

　　
水稻与微生物互作的研究揭示了品种特异性和宿主免疫在调控微生物群落功能中的关键作用。该研究通过定制化不灭菌培养系统（gnotobiotic cultivation system），模拟了稻田半水生环境，发现同一微生物接种物对不同水稻品种的根系生长具有促进、抑制或中性效应。例如，来自中国不同产区的黄壤和黑壤中，品种MH63的根系长度比黑壤中的其他品种（如KIT）显著增长，这表明土壤理化性质与水稻品种的互作可能影响微生物群落的组装和功能。

研究团队构建了包含11株细菌的合成社区（SynCom11），发现其仍能保持与原土壤微生物群（NSM）类似的品种特异性效应：对MH63等 indica 品种具有促生长作用，而对KIT等 japonica 品种则表现出抑制作用。这种差异源于合成社区中益菌与害菌的负载平衡。通过定量分析发现，MH63接种后有益菌（如假单胞菌属）的基因组拷贝数显著高于害菌（如产气荚膜梭菌属），而KIT的根中害菌数量则超过益菌。这种平衡的破坏导致合成社区在japonica品种中表现出根生长抑制。

在宿主免疫调控方面，研究揭示了受体激酶OsFLS2和OsCERK1的关键作用。OsFLS2是水稻识别细菌鞭毛素的关键受体，其突变体（osfls2）在NSM接种后根系长度较野生型缩短11.8%，同时检测到活性氧（ROS）爆发减弱和防御基因（如OsPR10a）表达抑制。通过RNA测序发现，osfls2突变体与野生型相比，有超过4500个基因的表达模式改变，其中238个基因（占突变体DEGs的11.3%）与微生物互作相关。特别值得注意的是，OsFLS2介导的免疫响应通过调控生长素信号通路（如OsPIN5b和OsYUCCA1基因）间接促进根系发育。

微生物群落的组装机制研究显示，水稻品种通过差异化的根系分泌物调控微生物的定殖。在gnotobiotic系统中，i.camp模型分析表明，indica品种的微生物组装以同质化扩散为主（RCbray < -0.95），而japonica品种则更多依赖随机漂移（RCbray > 0.95）。这种生态过程的差异导致相同微生物群落对不同品种产生相反的效应。例如，在japonica品种中，合成社区中的特定菌株（如W169）占比增加，其产生的挥发性有机物可能抑制宿主免疫。

研究还发现，宿主免疫缺陷导致微生物群落失衡。oscerk1突变体在NSM接种后，根中产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）的相对丰度增加2.3倍，同时假单胞菌属（Pseudomonas）减少41%。这种改变与突变体根系结构发育异常相关，具体表现为表皮细胞和皮层细胞体积缩小（NBT染色显示ROS积累减少37%）。定量分析表明，突变体根系的微生物绝对负载量增加1.5-2.2倍，这可能是宿主免疫失效后微生物过度增殖的结果。

该研究建立了水稻-微生物互作的“双闸门”调控模型：第一层是品种特异性的微生物偏好机制，这可能与水稻根系分泌物（如有机酸、糖苷类物质）的差异有关；第二层是宿主免疫感知系统，通过OsFLS2等受体蛋白识别微生物信号分子（如鞭毛素、脂肽），进而调控植物生长相关基因（如OsPIN家族）的表达。这种双层次调控机制解释了为何相同微生物群落对不同品种产生相反效应——例如，在indica品种中，OsFLS2通过激活生长素信号通路促进根系分生组织扩张，而在japonica品种中，该受体可能因遗传差异导致信号传导异常，反而激活抑制生长的激素通路。

研究的应用价值体现在三个方面：首先，揭示了微生物接种物的品种适配性需求，为农业微生物组工程提供理论依据；其次，发现OsFLS2与OsCERK1协同调控微生物群落平衡，为设计免疫调控的转基因作物提供靶点；第三，提出“微生物负载阈值”概念，即有益菌的绝对数量需超过害菌的临界值（本研究中约为32.9拷贝/水稻基因组）才能触发促生长效应，这对精准调控微生物群落具有重要指导意义。

未来研究方向可聚焦于：（1）解析水稻根系分泌物如何筛选特定微生物；（2）建立宿主免疫与微生物代谢的互作网络；（3）开发基于OsFLS2的基因编辑技术，定向调控特定微生物的丰度。这些研究将推动农业微生物组工程从经验性应用到精准化设计的跨越，为可持续农业提供新策略。