解码促进植物生长的根瘤菌所释放的挥发性有机化合物：这些化合物在苹果（Malus domestica）中介导了生长促进作用

《Journal of Plant Growth Regulation》：Decoding Plant Growth-Promoting Rhizobacteria Volatile Organic Compounds Mediated Growth Promotion in Malus domestica

挥发性有机物（VOCs）从三种PGPR菌株中按剂量效应影响苹果生长，最佳浓度分别为10^4、10^6、10^5 CFU·mL?1，D1-28效果最强，促进株高75%、生物量200%、根体积276%。机制涉及D（10^-1~10^-3 mmol·L?1）、B（10^-3 mmol·L?1）窄窗效应及N（1~10^-3 mmol·L?1）广谱效应，上调生长相关基因并重塑根际微生物群落，基因组测序揭示VOCs合成基因网络。"剂量-基因-微生物群"模型为工程化生物接种剂开发提供靶点。

　　

摘要

来自植物生长促进根瘤菌（PGPR）的挥发性有机化合物（VOCs）能够调节作物生长，但它们对木本多年生植物的剂量依赖性效应目前了解甚少。本研究明确了三种PGPR菌株（Pantoea ananatis D1-28、Burkholderia sp. D4-24、Burkholderia territorii D4-36）产生的VOCs在苹果中的剂量-效应关系。最佳浓度分别为10^4、10^6和10^5 CFU·mL^-1，其中D1-28的效果最为显著，使植株高度、生物量和根体积分别增加了75%、200%和276%。通过探究其作用机制，我们发现共同的VOC单体二甲基二硫化物（D）和苯并噻唑（B）仅在狭窄的浓度范围内（10^-1至10^-3 mmol·L^-1）发挥作用，而2-壬酮（N）则在较宽的浓度范围内（1至10^-3 mmol·L^-1）均有效。当苯并噻唑的浓度为10^-3 mmol·L^-1时，其效果尤为显著，使植株高度增加了85%，根体积增加了296%。进一步分析表明，这些VOCs上调了生长素和氮代谢途径相关基因，并促进了根际微生物群的功能分化。最后，通过对D1-28进行全基因组测序，我们确定了VOCs生物合成的遗传网络。我们的发现提出了一个“剂量-基因-微生物组”模型，该模型认为PGPR-VOCs通过三种相互关联的机制促进植物生长：对最佳浓度的严格依赖（剂量）、对植物基因表达的直接调控（基因）以及对根际微生物群的有益重塑（微生物组）。这一模型为开发先进的生物接种剂提供了战略目标。

图形摘要