山东农业大学| JHM: Deinococcus sp. NH1通过调节根际微生物群和植物代谢,增强水稻的镉耐受性

摘要图

表1 RT-qPCR引物序列

图1. 耐镉且促进植物生长的NH1菌株的分类特征及其对水稻对镉胁迫抗性的影响。（a） NH1菌株的菌落形态特征。（b） 24–96小时内NH1菌株的最大镉耐受浓度。（c） 基于16S rRNA基因的NH1菌株系统发育特征。（d） 在土壤栽培条件下，施加 NH1 应变对水稻地上和地下部分形态的影响。（e）在土壤培养条件下施加NH1应激对水稻生长及生理指标的影响（Duncan’s多重范围测试，p<0.05）。 CK：施用5ml无菌水；NH1：在1.0×10⁶ CFU/mL下施加5ml细胞悬浮液；Cd：在水稻播种前以10 mg/kg的速率用Cd2+溶液处理土壤；Cd+NH1：基于Cd组，施加5ml细胞悬浮液，浓度为1.0×10⁶ CFU/mL。

图2 Deinococcus sp. NH1 在镉处理下对稻米根际细菌群落的影响。（a） NH1菌株对稻米根际细菌群落α多样性的影响（Duncan多重范围测试，p<0.05）。（b） NH1菌株对稻米根际细菌群落β多样性的影响。（c） 稻米根际细菌群落在门水平组成变化，受NH1菌株影响。（d） 稻米根际细菌群落在属水平的组成变化，受NH1菌株影响。（e）ASV1149和菌株NH1的系统发育树。（f） 处理组间ASV1149的相对丰度。

图3.稻米根际细菌群落在镉暴露下对NH1菌株的反应模式。（a）施用由Cd或Cd+NH1处理组富集的根际微生物群落施用后14天内的稻幼苗生长状态。（b） 富含Cd或Cd+NH1的根际微生物群落对水培条件下稻米生长的影响（Duncan，p<0.05）。RM_Cd：来自Cd处理组的根际土壤悬浮液（5ml 10%悬浮液）；RM_Cd+NH1：来自Cd+NH1处理组的根际土壤悬浮液（5ml 10%悬浮液）。Cd+RM_Cd：使用CdCl₂溶液，达到10 mg/kg的Cd2+浓度，并添加5 mL 10%根际土壤悬浮液，均来自Cd处理组。Cd+RM_Cd+NH1：Cd+NH1处理组10 mg/kg的Cd²⁺和5ml 10%根际土壤悬浮液。（c） ASVs与ASV1149（Deinococcus属NH1）呈显著正相关。（d）“恢复型”ASV与ASV1149相关（用红色三角形标注为“响应式”ASV）（*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001）。

图4. 镉处理下， NH1菌株对稻根基因表达的影响。（a）部分最小二乘判别分析（PLS-DA），显示四种处理间存在显著的转录组差异。（b） 火山图显示镉处理下基因显著上调/下调（Cd vs. CK）。（c） 在共处理（Cd+NH1 vs. Cd）下，差异表达基因的火山图。（d） 生物过程中镉响应基因（Cd 与 CK）的富集分析。（e）生物过程中NH1调控基因（Cd+NH1 vs. Cd）的富集分析。（f） Cd与CK及Cd+NH1与Cd比较中富集生物过程的分类统计。（g） RT-qPCR结果图，显示第二次施用NH1菌株处理后5天和7天（即播种后26天和28天）水稻根中应激响应基因的表达水平。

图5.NH1菌株对镉处理下稻米根际代谢物谱的影响。（a）部分最小二乘判别分析（PLS-DA）显示四种处理方法在代谢物谱上存在显著差异。（b）组间成对比较中VIP>为1的特征代谢产物数量统计（Cd与CK，Cd+NH4与Cd）。（c） 特征代谢产物在不同物质类别中的分布。

图6. “响应性”微生物与特征代谢物之间的相关性。（a）Procrustes分析显示，“响应性”微生物群与特征代谢物之间存在显著相关性。（b） Spearman相关分析强调特征代谢产物与“响应性”微生物显著正相关。（c） 与“响应性”微生物显著相关的特征代谢物类别和数量。红色表示正相关，蓝色表示负相关。

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