近日，華中農業大學生命科學技術學院、農業微生物學國家重點實驗室王革嬌教授課題組即環境微生物課題組在國際學術期刊Molecular Plant-Microbe Interactions上發表了關于微生物與水稻互作降低稻米鎘含量的最新研究成果。論文以“A coculture of Enterobacter and Comamonas reduces Cd accumulation in rice”為題，闡明了微生物菌劑通過代謝產物促進水稻鎘轉運及結合蛋白活性的分子機制。   　　鎘是引起糧食減產的主要金屬之一，其具有高溶解性及高遷移性，易被植物吸收和積累。近年來農田土壤鎘污染修復成為國內外學者研究的熱點，微生物參與了水稻對土壤中鎘的吸收，然而微生物如何影響水稻對土壤鎘吸收及解毒的分子機制并不清楚。   　　課題組發現了當腸桿菌和叢毛單胞菌共同培養時，可以將溶液中的鎘離子沉淀并完全去除。將這種混合菌劑應用于鎘污染水稻盆栽實驗中，該混合菌劑可以有效鈍化土壤中的鎘，減少水稻對鎘離子的吸收，使稻米中鎘含量顯著下降。采用原位雜交和掃描電鏡分析，發現兩株菌可以在水稻根部定殖，并進入水稻根部的維管組織和細胞間隙。水稻轉錄組學分析表明，兩株菌通過激活水稻中的超敏反應和防御感應系統來增強水稻對鎘的抗性。此外，兩株菌產生的代謝產物琥珀酸和苯丙氨酸可以激活水稻根部鎘結合蛋白和鎘外排蛋白的表達，抑制鎘攝入蛋白的表達，從而減少水稻中鎘的含量。   　　該研究發現了一種新的菌植互作降低水稻鎘吸收的現象并闡明了其機制，其研究結果為菌植互作在鎘污染修復中的重要作用揭開了新的一頁，具有重要理論價值和應用潛力。   　　我校生命科學技術學院博士后王杏為論文第一作者，王革嬌教授和史凱祥副研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和華中農業大學自主科技創新基金的資助。   　　【英文摘要】   　　The accumulation of cadmium （Cd） in plants is strongly impacted by soil microbes, but its mechanism remains poorly understood. Here, we report the mechanism of reduced Cd accumulation in rice by coculture of Enterobacter and Comamonas. In pot experiments, inoculation with the coculture decreased Cd content in rice grain and increased non-bioavailable Cd amount in Cd-spiked soils. Fluorescence in situ hybridization （FISH） and scanning electron microscopy （SEM） detection showed that the coculture colonized in the rhizosphere and rice roots' vascular tissue and intercellular space. Soil metagenomics data showed that the coculture increased the abundance of sulfate reduction and biofilm formation genes and related bacterial species. Moreover, the coculture increased the content of organic matter, available nitrogen, and potassium, and increased the activities of arylsulfatase, β-galactosidase, phenoloxidase, arylamidase, urease, dehydrogenase, and peroxidase in soils. In subsequent rice transcriptomics assays, we found that the inoculation with coculture activated hypersensitive response, defense-related induction, and MAPK signaling pathway in rice. Heterologous protein expression in yeast confirmed the function of four Cd binding proteins （HIP28-1, HIP28-4, BCP2, and CID8）， a Cd efflux protein （BCP1）， and three Cd uptake proteins （COPT4, NRAM5, and HKT6） in rice. Succinic acid and phenylalanine were subsequently proved to inhibit rice Cd（II） uptake and activate Cd（II） efflux in rice roots. Thus, we propose a model that the coculture protects rice against Cd stress via Cd immobilization in soils and reducing Cd uptake in rice.   　　論文鏈接： https://doi.org/10.1094/MPMI-09-22-0186-R