暨南大學莫測輝教授團隊向壘教授等在Microbiome發表論文：種子內生菌通過垂直傳遞效應調控作物吸收累積抗生素的機理
暨南大學融媒體中心訊 近日，一項由暨南大學莫測輝教授團隊向壘教授等主導的研究在國際微生物學領域頂級期刊《Microbiome》雜志上發表，該研究報道了種子內生菌通過垂直傳遞效應調控作物吸收累積抗生素的機理，為認識和理解作物吸收累積有機物污染物提供了全新理論視角，并為合理利用低累積作物品種和功能微生物實現污染農田的安全利用提供了科學依據。
抗生素在人類醫療、農業養殖等領域廣泛使用，導致其大量進入環境成為新污染物，在農田土壤中普遍檢出，并易被農作物吸收累積，嚴重威脅農產品安全和人體健康。篩選和種植污染物低累積作物品種是保障污染土壤安全利用并同步修復的重要策略。該研究團隊針對珠三角地區農田環境中典型抗生素環丙沙星（CIP）和代表性葉菜類作物菜心，率先篩選獲得了其低累積品種（LAV），初步揭示了該低累積作物品種的生理生化與分子機制。同時發現，微生物在作物吸收累積污染物過程中也發揮重要作用，但對于關鍵微生物及其作用過程與調控機制仍未明確。
該研究創新性地從種源微生物（種子內生菌）的角度，通過構建無菌培養體系，利用 16S rRNA 和 ITS 基因測序以及關鍵功能微生物的富集篩選與功能驗證實驗，系統探討了LAV（和相應高累積作物品種HAV）的種源微生物垂直傳遞效應及其特征群落結構組裝過程，并揭示了這一過程調控作物吸收累積 CIP 的作用機制。研究成果發現LAV和HAV根系均可從種子微生物中富集特異性的細菌群落，其中LAV根系分泌馬來酸少，在 CIP 脅迫下其細菌群落組裝模式由隨機性轉變為確定性（圖 1 和圖 2），形成以毛螺科（Lachnospiraceae）和腸桿菌科細菌（Enterobacteriaceae）為主的更為復雜和敏感的根系細菌群落，抑制根系對 CIP 的捕獲吸收，呈現低累積特征（圖3）。反之，HAV根系分泌馬來酸多，無論是否存在 CIP 脅迫，其根系細菌群落均為確定性組裝過程，并形成以菌芽孢桿菌屬細菌（Bacillus）為主的更具特異性和協同性的 CIP 耐受型根系菌群（圖 1 和圖 2）。關鍵功能菌的定向篩選富集及接種驗證實驗表明，HAV根系分泌更多的馬來酸，對Bacillus菌形成更強趨化和招募作用，從而介導驅動種源微生物Bacillus（BpB13）通過垂直傳遞效應定殖于其根系，并通過分泌吲哚乙酸（IAA）和鐵載體等促生代謝產物，促進HAV根系生長及對 CIP 脅迫的抗逆作用，從而提高其對 CIP 的耐受和根系捕獲、吸收轉運性能（圖 3 和圖4）。
這一研究成果首次揭示了種源微生物調控作物吸收累積有機污染物的作用機制，發現了根系分泌低分子有機酸通過驅動種源微生物的垂直傳遞效應，及其在作物吸收累積抗生素過程中的關鍵調控作用，從植物-微生物相互作用維度為理解有機污染物在植物體內的吸收累積機制提供了全新的理論視角，也為合理利用低累積作物品種和功能微生物實現污染農田的安全利用提供了科學依據。
暨南大學生命科學技術學院向壘教授和莫測輝教授為該文的共同通訊作者。王一澤博士和趙海明副研究員為該文的共同第一作者。同時該研究工作也得到了夏威夷大學 Qing X. Li 教授的指導和幫助。該研究獲得了國家自然科學基金重點項目、廣東省特支計劃領軍人才項目、廣東省自然科學基金杰出青年項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02073-2
圖1.CIP脅迫下無菌環境中兩品種菜心的種源細菌群落特征
圖2.不同CIP濃度脅迫下兩品種菜心根內種源細菌群落的共現網絡分析
圖3.兩品種菜心根系的核心細菌屬及其與兩品種菜心表型參數的相關性和結構方程分析
圖4.兩品種菜心接種芽孢桿菌BpB13的功能驗證
責編：李梅