近日，西南大學資源環境學院、農業科學研究院和長江經濟帶農業綠色發展研究中心李楠楠課題組聯合國內外多個研究團隊在《自然·植物》(Nature Plants)發表題為《大規模多組學揭示驅動根發育與氮素獲取的宿主-微生物組互作機制》的研究論文。該研究通過整合基因組、轉錄組、微生物組與離子組等多層次數據，首次揭示了油菜中系統宿主基因調控根際微生物群落組裝進而影響氮素吸收與根系發育的分子網絡，為作物養分高效育種以及微生物組輔助育種提供了重要理論依據和關鍵微生物資源。

　　氮素是作物生長最重要的礦質元素之一，但過量施用氮肥已成為全球性的環境問題。根際微生物組在植物養分獲取、抗逆與生長發育中發揮關鍵作用，然而其如何受宿主遺傳調控并與作物氮營養性狀形成互作網絡，仍是植物-微生物互作領域的核心難題。

　　課題組選取了175份具有廣泛遺傳多樣性的甘藍型油菜種質，在兩個典型田間環境下系統調查了根系轉錄組、根際細菌16S rRNA譜和植株離子組，構建了1341組配對多組學數據集。通過全基因組關聯分析、轉錄組關聯分析與表達數量性狀位點定位，鑒定出203個具有中高遺傳力的細菌擴增子序列變異，其中多個ASV與根系氮含量顯著相關。尤為重要的是，宿主轉錄組與微生物組數據聯合解釋了高達45%的氮吸收自然變異。進一步地，鎖定了受宿主強遺傳調控的關鍵細菌屬—鞘氨醇盒菌屬(Sphingopyxis)。通過高通量培養、全基因組測序與功能驗證，證實該菌能通過合成生長素(IAA)促進油菜側根發育，從而增強低氮條件下的氮素獲取能力。

　　該研究不僅首次在油菜中構建了“宿主基因-轉錄調控-微生物組-氮營養表型”的多層次互作網絡，還發掘出具有促生與氮增效潛力的功能微生物，為油菜養分高效育種和微生物肥料開發提供了新的基因與菌種資源。

　　該項工作由西南大學牽頭，聯合國內外多家單位合作完成。西南大學資源環境學院李楠楠教授與德國慕尼黑工業大學Peng Yu教授、北京大學白洋教授、陜西雜交油菜研究中心張彥峰研究員和河南大學王道杰教授為共同通訊作者，李楠楠教授、德國萊布尼茨研究所(IPK)Guoliang Li博士、德國慕尼黑工業大學Xiaofang Huang博士研究生、西南大學馬麗革博士生，德國慕尼黑工業大學的Danning Wang博士后、西南大學羅譽博士生為共同第一作者。該工作也得到了浙江大學蔣立希教授、西南大學陳新平教授、波恩大學Frank Hochholdinger教授以及德國萊布尼茨研究所Jochen C. Relf教授的大力支持。該研究得到了國家級人才計劃項目、重慶市人才計劃項目、德國研究基金會等項目的資助。

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-025-02210-7