Microbiota-mediated nitrogen fixation and microhabitat homeostasis in aerial root-mucilage.
Microbiota-mediated nitrogen fixation and microhabitat homeostasis in aerial root-mucilage.
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DOI：
10.1186/s40168-023-01525-x
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发表时间：
2023-04-21
期刊：
影响因子：
15.5
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
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植物与各种微生物保持着亲密的关系。众所周知，这些与植物相关的微生物群塑造了宿主植物的个体表现和适应性，但关于它们如何发挥其功能并维持其体内平衡，仍有许多工作有待探索。在这里，使用粉红女士（Heterotis rotundifolia）作为研究植物，我们调查了微生物介导的固氮现象，并阐明了这个过程是如何稳定地维持在根粘液微生境。代谢物和微生物群分析表明，气生根粘液富含碳水化合物和固氮细菌。氮同位素标记实验、15 N天然丰度和基因表达分析表明，气生根粘液微生物群可以固定大气氮以支持植物生长。虽然气生根粘液是营养的热点，但我们没有观察到其他环境和病原微生物的高丰度。我们进一步确定了一种真菌分离粘液，已显示出广谱抗菌活性，但只允许固氮菌的生长。这种“友好”的真菌可能是维持粘液微生境固氮功能的关键驱动因素。视频摘要新的生物功能和粘液栖息地友好真菌的发现为微环境功能和根际生态的微生物稳态维持提供了新的见解。在线版本包含补充材料，可通过10.1186/s40168-023-01525-x获得。
Plants sustain intimate relationships with diverse microbes. It is well-recognized that these plant-associated microbiota shape individual performance and fitness of host plants, but much remains to be explored regarding how they exert their function and maintain their homeostasis. Here, using pink lady (Heterotis rotundifolia) as a study plant, we investigated the phenomenon of microbiota-mediated nitrogen fixation and elucidated how this process is steadily maintained in the root mucilage microhabitat. Metabolite and microbiota profiling showed that the aerial root mucilage is enriched in carbohydrates and diazotrophic bacteria. Nitrogen isotope-labeling experiments, 15N natural abundance, and gene expression analysis indicated that the aerial root-mucilage microbiota could fix atmospheric nitrogen to support plant growth. While the aerial root mucilage is a hotspot of nutrients, we did not observe high abundance of other environmental and pathogenic microbes inside. We further identified a fungus isolate in mucilage that has shown broad-spectrum antimicrobial activities, but solely allows the growth of diazotrophic bacteria. This “friendly” fungus may be the key driver to maintain nitrogen fixation function in the mucilage microhabitat. Video Abstract The discovery of new biological function and mucilage-habitat friendly fungi provides insights into microbial homeostasis maintenance of microenvironmental function and rhizosphere ecology. The online version contains supplementary material available at 10.1186/s40168-023-01525-x.
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