東北地理所首次推演Karrikin信號通路對作物根際微生物組的調控模式
微生物組可以提升作物生產力，利用微生物組服務于作物生長和抗逆是當前農業發展重要趨勢。作物到底如何實現對根際微生物組的有效調控，是當前迫切需要回答的科學問題。對此，中科院東北地理所黑土區農業生態重點實驗室土壤微生物研究團隊開展了相關探索。
Karrikin （KAR）是燃燒植物釋放的一類丁烯酸內酯化合物，能夠刺激種子萌發及促進幼苗生長，對大火后植被的快速恢復具有重要意義。KAR與獨腳金內酯（Strigolactones，SLs）分子結構相似，二者在植物生長發育和抗逆反應中都具有調控功能，而且都依賴于MAX2蛋白的參與。已有研究表明，SLs在根際微生物群落結構調控方面發揮重要作用，但針對KAR是否、以及如何調控根際微生物組的研究仍無相關報道。
在水稻中，KAR和KAR類似物（KAR-like signals，KLs）的受體是OsD14L蛋白，OsD14L結合配體之后與OsD3（擬南芥MAX2同源蛋白）相互作用，形成SCFOsD3復合物，隨后激活泛素酶及26S蛋白酶，降解信號通路的抑制蛋白OsSMAX1，促進SLs生物合成及KAR、KLs、D14L配體（D14-likeligand,D14L）的相關基因表達。基于此，作者給出KAR調控根際微生物組的基本模型：KAR、KLs、D14L配體信號通過調控SLs的合成，進而影響根際微生物群落組成。此外，KAR、KLs、D14L配體信號還可以促進黃酮類化合物（Flavonids，FLs）的合成，而FLs能夠募集根際有益微生物，因此，KAR、KLs、D14L配體信號也可通過調控FLs的生物合成來影響根際微生物組。該文探討了水稻中KAR參與的“去抑制化激活”調控模式及KAR促進FLs生物合成的間接調控模式，首次推演了Karrikin信號途徑調控根際微生物組的模式，為農業可持續發展中作物根際微生物組的改良及重組構建提供了重要的理論依據。
2020年9月1日，論文以“Does Karrikin Signaling Shape the Rhizomicrobiome via the Strigolactone Biosynthetic Pathway?”為題發表于Trends in Plant Science （IF=14.416）（https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.08.005）。中科院東北地理所黑土區農業生態重點實驗室田春杰團隊博士后Fahad Nasir為論文的第一作者，田春杰研究員為通訊作者。相關工作得到了中國科學院國際博士后項目（PIFI）、國家自然科學基金、國家重點研發項目的資助。
KAR、KLs、D14L配體信號調控根際微生物組模式圖
在水稻中，OsD14L(KAI2)受體結合KARs、KLs、D14L配體，與OsD3相互作用，形成SCFOsD3復合物，隨后以轉錄抑制因子OsSMAX1為靶向，進行泛素化并通過26S蛋白酶體降解，實現KAR、KLs、D14L的相關基因表達，通過SLs及FLs調控根際微生物組，進而促進植物生長發育、養分吸收、提高植物抗干擾能力。
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