东北地理所首次推演Karrikin信号通路对作物根际微生物组的调控模式

微生物组可以提升作物生产力，利用微生物组服务于作物生长和抗逆是当前农业发展重要趋势。作物到底如何实现对根际微生物组的有效调控，是当前迫切需要回答的科学问题。对此，中科院东北地理所黑土区农业生态重点实验室土壤微生物研究团队开展了相关探索。

Karrikin （KAR）是燃烧植物释放的一类丁烯酸内酯化合物，能够刺激种子萌发及促进幼苗生长，对大火后植被的快速恢复具有重要意义。KAR与独脚金内酯（Strigolactones，SLs）分子结构相似，二者在植物生长发育和抗逆反应中都具有调控功能，而且都依赖于MAX2蛋白的参与。已有研究表明，SLs在根际微生物群落结构调控方面发挥重要作用，但针对KAR是否、以及如何调控根际微生物组的研究仍无相关报道。

在水稻中，KAR和KAR类似物（KAR-like signals，KLs）的受体是OsD14L蛋白，OsD14L结合配体之后与OsD3（拟南芥MAX2同源蛋白）相互作用，形成SCFOsD3复合物，随后激活泛素酶及26S蛋白酶，降解信号通路的抑制蛋白OsSMAX1，促进SLs生物合成及KAR、KLs、D14L配体（D14-likeligand,D14L）的相关基因表达。基于此，作者给出KAR调控根际微生物组的基本模型：KAR、KLs、D14L配体信号通过调控SLs的合成，进而影响根际微生物群落组成。此外，KAR、KLs、D14L配体信号还可以促进黄酮类化合物（Flavonids，FLs）的合成，而FLs能够募集根际有益微生物，因此，KAR、KLs、D14L配体信号也可通过调控FLs的生物合成来影响根际微生物组。该文探讨了水稻中KAR参与的“去抑制化激活”调控模式及KAR促进FLs生物合成的间接调控模式，首次推演了Karrikin信号途径调控根际微生物组的模式，为农业可持续发展中作物根际微生物组的改良及重组构建提供了重要的理论依据。

2020年9月1日，论文以“Does Karrikin Signaling Shape the Rhizomicrobiome via the Strigolactone Biosynthetic Pathway?”为题发表于Trends in Plant Science （IF=14.416）（https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.08.005）。中科院东北地理所黑土区农业生态重点实验室田春杰团队博士后Fahad Nasir为论文的第一作者，田春杰研究员为通讯作者。相关工作得到了中国科学院国际博士后项目（PIFI）、国家自然科学基金、国家重点研发项目的资助。

KAR、KLs、D14L配体信号调控根际微生物组模式图

在水稻中，OsD14L(KAI2)受体结合KARs、KLs、D14L配体，与OsD3相互作用，形成SCFOsD3复合物，随后以转录抑制因子OsSMAX1为靶向，进行泛素化并通过26S蛋白酶体降解，实现KAR、KLs、D14L的相关基因表达，通过SLs及FLs调控根际微生物组，进而促进植物生长发育、养分吸收、提高植物抗干扰能力。