课题基金 / 基金详情

基于代谢网络探究羽毛针禾根鞘土壤微生态通路

批准号:
32060300
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
张婷婷
依托单位:
学科分类:
土壤生态学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张婷婷

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
羽毛针禾是优良的固沙植物,其根鞘沉积丰富,可形成根—微生物—土界面连续体,能保水调节土壤微生态,促进其他植物定植荒漠。如何利用羽毛针禾防沙、固沙和改良土壤,已成关注点。.本组前期初步探究了羽毛针禾的转录组、根鞘微生物群落结构和根际土壤代谢,发现根鞘微循环良好,选择性募集了丰富的微生物,产生养分活化沙丘土壤;从根鞘分离的细菌,能促进植物在沙土中生长。然而,羽毛针禾与其根鞘微生物之间的物质代谢关联,仍待深究。.本项目预在前期基础上,以根系分泌物为枢纽,建立植物—微生物的物质转化通路;以碳同位素示踪,解析根系分泌物对微生物的驱动性;以分区胁迫根系,探究根系分泌物的应激响应动态及信号通路;以微生物基因组测序,挖掘功能基因和操纵子。最后,联系碳转化、生物量、互作促生等生物途径,建立根鞘代谢的表型网络和分子网络,揭示羽毛针禾—微生物互惠的土壤微生态通路,为应用植物—微生物协同固沙,提供新靶点和新思路。
英文摘要
Stipagrostis pennata is an excellent sand-fixing plant. It has rich rhizosheath deposition and can form a root-microbe-soil interface continuum which can retain moisture and regulate soil microecology. It can promote other plants to colonize in the desert. How to use Stipagrostis pennata to fix sand and improve soil has become a concern...We have preliminary explored the transcriptome, microbial community structure and rhizosphere soil metabolism of Stipagrostis pennata. We found that its rhizosheath has efficient microcirculation and selectively recruits abundant microorganisms to produce nutrient to improve the dune soil vitality. In addition, bacteria isolated from rhizosheath can promote plant growth in sandy soil. However, the pathway of material metabolism between Stipagrostis pennata and its rhizosheath microorganisms awaits further investigations...Based on the earlier work, the present project will use root exudates as the clue to establish a plant-microbe material conversion pathway. We will detect the driving force of root exudates on microorganisms by tracing carbon isotope. We will assess the response and signaling pathway of root exudates by split-root stressing. We will sequence microbial genomes to mine functional genes and operons. We will link the biological pathways, such as carbon conversion, biomass, bio-interaction and -promotion, to build the phenotype network and molecular network of the rhizosheath metabolism. We will reveal soil microecological pathway of Stipagrostis pennata-microbes reciprocity. Finally, we hope to promote the application of plant-microbe-cooperative sand-fixation.
为了探究羽毛针禾与根鞘微生物的互作机制,本研究以根系分泌物为纽带,探索了根鞘代谢规律及土壤微生态通路。首先,通过高效液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS),鉴定了荒漠植物羽毛针禾根系分泌物的主要代谢成分,并分析了其对微生物生长的影响,结果表明根系分泌物显著促进了小麦幼苗的生长,增加了土壤中氮、磷、钾等营养元素的可利用性,并提高了有益微生物的活性。进而,通过宏基因组与代谢组分析,发现植物与微生物之间存在物质互惠的共生关系,建立了以IAA合成利用为代表的植物—微生物互作的关键代谢通路。此外,我们发现羽毛针禾转运蛋白家族的扩张,促进了其对微生物分泌物的吸收和转运能力,以及在极端环境中的适应性进化。继而,通过同位素示踪技术,进一步解析了根系分泌物在植物—微生物碳交换中的作用,发现根际微生物群落对碳源的选择性利用,显著影响了微生物群落的结构与功能;同时,胁迫实验显示植物通过信号通路调节根系分泌物的组成,优化应激响应并调节代谢过程。另外,通过微生物互作研究,发现细菌与真菌之间存在协作与拮抗作用,继而构建了合成菌群,显著促进了植物生长;通过全基因组测序分析,鉴定了微生物基因组中与植物互作相关的功能基因,进一步解析了微生物与植物之间的遗传基础。最后,本研究构建了植物—微生物的碳转化、代谢和互作网络,揭示了根际微生物在促进植物生长、提高土壤养分利用效率及增强环境适应性中的关键作用。本项目为植物—微生物互作机制的相关研究提供了参考,并为农业可持续发展、作物抗逆性提升及生态修复等领域提供了理论依据和应用前景。本项目资助发表SCI论文7篇,培养博士生2名、硕士生6名和本科生5名,其中2名硕士论文被评选为石河子大学优秀硕士论文。
应用基因共表达网络探究羽毛针禾的荒漠适应性分子机制
  • 批准号:
    31760302
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    38.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    张婷婷
  • 依托单位:
国内基金
海外基金