近日，生态与环境学院吴建平课题组在利用丛枝菌根真菌开展南方退化草地生态修复及其促生效应的根际机制方面取得系列进展。相关研究成果分别以“The mechanism of promoting rhizosphere nutrient turnover for arbuscular mycorrhizal fungi attributes to recruited functional bacterial assembly”和“Mycorrhizal fungi alter root exudation to cultivate a beneficial microbiome for plant growth”为题在分子生态学领域旗舰刊物Molecular Ecology（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.16880；IF=6.622）和生态学国际知名期刊Functional Ecology（https://doi.org/10.1111/1365-2435.14249；IF=6.282）上发表。
丛枝菌根（AM，Arbuscular mycorrhiza）真菌是在陆地生态系统中广泛存在的一类土壤微生物，它们可以与大多数陆地上的植物形成互惠共生关系，促进宿主对氮、磷、钾等养分的吸收。目前大多数研究集中在AM真菌对细菌多样性和群落组成的影响，而细菌群落组装过程及细菌的功能研究还不清楚。课题组以三种AM真菌和牧草百脉根为研究对象，利用16S扩增子和宏基因组对根际细菌进行测序，并结合根际细菌的分离和功能鉴定，研究丛枝菌根改变根际细菌群落结构以促进土壤养分周转的机制。结果表明，接种丛枝菌根真菌后，根际细菌的种间多样性发生了显著变化，网络节点增加，网络模块聚集减少，植物与AM真菌互作驱动了根际中群落构建的确定性过程。同时，根际富集了氮循环和磷利用功能细菌，并且分离到的根际细菌大部分具有土壤养分周转的能力。表明AM真菌可以调节根际细菌群落的聚集，并吸引特定的根际细菌，以促进南方草地土壤养分周转。
图1：菌根真菌与根际细菌的群落构建
此外，近年对几种AM真菌菌株进行的全基因组测序的研究表明，与腐生真菌或外生菌根真菌的基因组相比，AM真菌具有很少的外酶谱，对土壤有机养分的直接活化能力相对较弱。因此，AM真菌共生相关的根际微生物是影响菌根途径养分吸收效率的关键因素。然而，在高度复杂的植物根系-根际微生物-土壤互作关系中，许多问题仍不清楚。研究组以三种AM真菌和牧草植物百脉根为研究对象，设置3个控制实验：首先利用原生土壤和灭菌土壤对比研究，从生物量、植物养分、酶活、功能基因定量等角度探究了AM真菌与细菌在根际的相互作用；然后利用菌根共生突变体验证了AM真菌-细菌之间的相互作用；通过第三个培养实验，即在植物根际添加合成微生物组和AM真菌来验证其作用机制，结合16S扩增子和宏基因组测序，开展根际细菌分离和功能鉴定试验，对AM真菌共生介导下的根际细菌的组成和功能进行解析。同时，利用植物根部代谢组、土壤代谢组和植物根部转录组多组学联合分析对AM真菌共生体的根系化感物质进行解析，发现菌根共生刺激根分泌化感物质，如花生四烯酸，为宿主根际招募有益的微生物群来促进植物生长。
图2：菌根真菌通过改变根际细菌促进植物生长的框架图
以上成果云南大学生态与环境学院博士后徐云剑为论文第一作者，吴建平教授为论文通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、云南省兴滇人才计划和云南大学“双一流”建设项目的支持。
