群体感应信号分子及其拟态物质介导的化感水稻-根际细菌的互作机制

植物-微生物的根际化学作用是通过根分泌物中信号分子为媒介进行的。这些信号分子通过群体感应(Quorum sensing, QS)影响细菌群落结构进而调控根际菌群的行为。探明信号分子及其效应对揭示植物与微生物的根际对话有着重要意义。本项目将从化感水稻根际QS信号分子入手，利用代谢足印技术结合QS报告菌株方法筛选N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactones, AHLs)拟态物质(AHLs mimics)，系统研究化感水稻及其根际菌群对AHLs和AHLs mimics的识别与响应，并采用荧光定量PCR和液相色谱质谱联用方法定量分析根际菌群丰度与QS信号分子的变化动态，深入探讨AHLs和AHLs mimics在化感水稻-细菌相互关系中的调控作用，从细菌QS角度阐明化感水稻/伴生杂草/根际微生物三者的化学作用机制，为在生态安全条件下实现稻田杂草可持续控制提供新思路。

植物-微生物的根际化学作用是通过根际的多重信号分子为媒介进行的.这些信号分子包括群体感应信号分子、植物激素以及其它植物化学通讯物质等.探明信号分子及其效应对揭示植物与微生物的根际对话有着重要意义.本项目按照研究计划进行,随着研究的深入,适时调整和增加部分内容,取得一些有意义的研究结果.(1)发现化感水稻能产生和分泌AHLs 群体感应信号分子.综述了微生物群体感应信息系统的分类、调控机制及其与植物-微生物互作关系的研究进展,为选用N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactones, AHLs)作目标信息物质奠定理论基础;采用液相色谱质谱联用技术建立了适用于AHLs 类信号分子的监测方法,并发现化感水稻能产生和分泌AHLs 类群体感应信号分子,类型从C4-AHLs 到C14-AHLs,具有多样性特征.(2)发现内生细菌能产生AHLs 类群体感应信号分子,对化感水稻抗菌抑草功能起增益作用.从化感水稻种子和根组织中分离纯化内生菌78 株,通过生测导向方法筛选出具有促进莴苣和水稻幼苗生长特性的内生细菌26 株,包括5 株革兰氏阴性细菌和21 株革兰氏阳性细菌.其中,革兰氏阴性菌Dan16 能产生C6、C8、C10 和C14-AHLs 信号分子;还发现6 株革兰氏阳性细菌能合成部分水稻化感物质,Byg_1、Dan_2 和 Jiang_3 能合成黄酮甙,而Dan_15、Hua_18 和Hua_29 能产生羟基肟酸类化感物质,说明这些共生在化感水稻组织内的细菌不仅能促进宿主生长,还能通过产生具有抗菌和抑草功能的化感物质对提高化感水稻抗性起增益作用.(3)发现化感水稻内源水杨酸和茉莉酸与化感物质含量具有相关关系.化感水稻内源水杨酸和茉莉酸浓度对伴生稗草产生可塑性响应,而叶部水杨酸与化感物质含量具有正相关关系.(4)证实根分泌物在介导植物-土壤反馈中具有重要作用.化感水稻通过根分泌物的媒介作用影响和调节根际微生物群落结构,并在伴生稗草条件下形成对水稻生长的正向反馈作用;化感水稻根分泌物中的生长促进物质-尿囊素不仅促进植物生长.还能对邻居植物（竞争者）产生塑性响应.本项目研究不仅发现化感水稻内生细菌能产生和分泌AHLs 群体感应信号分子和化感物质,还证实根分泌物在植物-土壤反馈过程中的重要作用,这为进一步理解水稻和杂草以及根际微生物间的化学通讯提供科学依据.