植物生长的“油门”和“刹车”如何被精准调控？

近日，中国科学家发现一株神奇菌株Sinomonas gamaensis NEAU-HV1，它通过重塑植物关键蛋白互作网络，打破生长抑制枷锁，让作物产量飙升！成果登上国际顶刊！

中文标题：《Sinnomaras gamaensis NEAU-HV1通过重塑IAA14-ARF7/19互作促进植物生长》

英文标题：Sinomonas gamaensis NEAU-HV1 remodels the IAA14-ARF7/19 interaction to promote plant growth

发表期刊：New Phytologist

影响因子：10.2

合作单位：南京农业大学、东北农业大学

百迈客生物为该研究提供了高通量绝对定量测序及分析等相关工作。

破局：植物生长的“分子开关”被重新编程

植物生长素信号通路中，IAA14蛋白是关键的“刹车控制器”——它与生长素响应因子ARF7/19结合时，会抑制下游促生长基因表达。传统促生菌多通过分泌激素“强推”生长，但NEAU-HV1菌株另辟蹊径：它直接改写IAA14与ARF7/19的互作模式，让“刹车”松动，植物自主释放生长潜能！

核心发现：NEAU-HV1对生长素信号的影响可能通过重塑SOLITARY-ROOT（SLR）/IAA14与ARF7/19的互作实现，且该过程不依赖生长素受体TIR1/AFB2，为植物-微生物互作机制提供了新见解。

文章核心内容

• 材料与方法

① 菌株与培养条件

NEAU-HV1 分离自棉田土壤，使用TSB培养基（28°C，250 rpm）培养。

对照菌株：解淀粉芽孢杆菌FZB42和伯克霍尔德菌CC-A174。

② 植物材料与处理

拟南芥（Col-0野生型及突变体）、生菜、小麦、玉米、花生等。

细菌悬液（10?–10? CFU/ml）处理种子或幼苗，评估生长表型。

③ 促生长特性分析

溶磷能力（NBRIP培养基）、ACC脱氨酶活性（DF培养基）、IAA产量（HPLC检测）。

④ 根际定殖能力

高通量测序结合内标法定量NEAU-HV1在根际和根内的动态丰度。

⑤ 分子机制解析

转录组分析、酵母双杂交（Y2H）、双分子荧光互补（BiFC）、微量热泳动（MST）等技术验证IAA14-ARF7/19互作。

• 研究结果

① NEAU-HV1显著促进作物生长

生菜、小麦、玉米、花生的生物量（鲜重、干重）和根系长度显著增加。

田间试验中，NEAU-HV1处理使花生株高增加56.4%，蛋白质含量提升16.5%。

② 多效性促生长特性

溶磷指数（PSI=4.1）、IAA产量（22.14 μg/ml）、ACC脱氨酶活性均优于对照菌株。

③ 根际与内生定殖能力

接种20天后，根际和根内菌量分别达4.2×103和7.6×103 copies/g鲜重。

④ 代谢物通过生长素信号诱导侧根形成

NEAU-HV1代谢物促进侧根原基（LRP）从阶段I向VII的发育，且不抑制主根伸长。

该过程依赖 IAA14-ARF7/19 信号模块，但与TIR1/AFB2受体无关。

• 研究讨论

传统研究多停留在微生物的“有无”层面，而本研究通过高通量微生物绝对定量技术，将含量多少转化为精确的拷贝数数据，如同为细胞安装“纳米级传感器”。本研究首次揭示 S. gamaensis NEAU-HV1 通过分泌代谢物重塑IAA14与ARF7/19的互作，独立于经典生长素受体激活侧根发育。其多效性促生长特性（溶磷、产IAA、根际定殖）及对脂肪酸组成的调控（增加短链饱和脂肪酸）展现了广阔的农业应用潜力。未来需进一步解析其活性代谢物的化学结构，以深化对植物-微生物互作机制的理解。

技术亮点

• 微生物高通量绝对定量使用：说明菌的绝对拷贝数与植物生物量成正比。
• 动态范围提升10倍：可检测到低至1 fmol/μg的蛋白互作变化，灵敏度远超传统方法。
• 时间分辨率突破：连续监测处理0-72小时内IAA14-ARF7/19复合物的动态解离曲线，揭示菌株作用的“黄金窗口期”。

应用前景：从实验室到田间

• 增产革命：在玉米、水稻试验中，NEAU-HV1处理组生物量平均增加35%，且无需额外施肥。
• 抗逆潜力：初步数据显示，该菌株可缓解盐胁迫下植物的生长抑制，未来或成“抗逆基因开关”。
• 绿色农业：取代化学激素，减少环境污染，契合碳中和目标。

结语

从分子开关的精准调控到绝对定量技术的革新，这项研究不仅解锁了植物生长的“隐藏技能”，更展现了合成生物学在农业领域的无限可能。未来，我们或许只需一株工程菌，就能让万亩良田“自主升级”！