暨南大学莫测辉团队向垒教授等Microbiome：种子内生菌通过垂直传递效应调控作物吸收累积抗生素的机理

摘要：近日，一项由暨南大学莫测辉教授团队向垒教授等主导的研究在国际微生物学领域顶级期刊《Microbiome》杂志上发表，该研究报道了种子内生菌通过垂直传递效应调控作物吸收累积抗生素的机理，为认识和理解作物吸收累积有机物污染物提供了全新理论视角，并为合理利用低累积作

近日，一项由暨南大学莫测辉教授团队向垒教授等主导的研究在国际微生物学领域顶级期刊《Microbiome》杂志上发表，该研究报道了种子内生菌通过垂直传递效应调控作物吸收累积抗生素的机理，为认识和理解作物吸收累积有机物污染物提供了全新理论视角，并为合理利用低累积作物品种和功能微生物实现污染农田的安全利用提供了科学依据。

抗生素在人类医疗、农业养殖等领域广泛使用，导致其大量进入环境成为新污染物，在农田土壤中普遍检出，并易被农作物吸收累积，严重威胁农产品安全和人体健康。筛选和种植污染物低累积作物品种是保障污染土壤安全利用并同步修复的重要策略。该研究团队针对珠三角地区农田环境中典型抗生素环丙沙星（CIP）和代表性叶菜类作物菜心，率先筛选获得了其低累积品种（LAV），初步揭示了该低累积作物品种的生理生化与分子机制。同时发现，微生物在作物吸收累积污染物过程中也发挥重要作用，但对于关键微生物及其作用过程与调控机制仍未明确。该研究创新性地从种源微生物（种子内生菌）的角度，通过构建无菌培养体系，利用 16SrRNA 和 ITS 基因测序以及关键功能微生物的富集筛选与功能验证实验，系统探讨了低累积作物品种LAV（和相应高累积作物品种HAV）的种源微生物垂直传递效应及其特征群落结构组装过程，揭示了种源微生物的垂直传递过程及其对作物吸收累积 CIP 的调控机制。研究成果发现低累积作物品种和高累积作物品种的根系均可从种子微生物中富集特异性的细菌群落，其中低累积作物品种根系分泌马来酸少，在 CIP 胁迫下其细菌群落组装模式由随机性转变为确定性（图1和图2），形成以毛螺科（Lachnospiraceae）和肠杆菌科细菌（Enterobacteriaceae）为主的更为复杂和敏感的根系细菌群落，抑制根系对 CIP 的捕获吸收，呈现低累积特征（图3）。反之，高累积作物品种根系分泌马来酸多，无论是否存在 CIP 胁迫，其根系细菌群落均为确定性组装过程，并形成以菌芽孢杆菌属细菌（Bacillus）为主的更具特异性和协同性的 CIP 耐受型根系菌群（图 1 和图2）。关键功能菌的定向筛选富集及接种验证实验表明，高累积作物品种根系分泌更多的马来酸，对Bacillus菌形成更强趋化和招募作用，从而介导驱动种源微生物Bacillus（BpB13）通过垂直传递效应定殖于其根系，并通过分泌吲哚乙酸（IAA）和铁载体等促生代谢产物，促进高累积作物品种根系生长及对 CIP 胁迫的抗逆作用，从而提高其对 CIP 的耐受和根系捕获、吸收转运性能（图 3 和图4）。这一研究成果首次揭示了种源微生物调控作物吸收累积有机污染物的作用机制，发现了根系分泌低分子有机酸通过驱动种源微生物的垂直传递效应，及其在作物吸收累积抗生素过程中的关键调控作用，从植物-微生物相互作用维度为理解有机污染物在植物体内的吸收累积机制提供了全新的理论视角，也为合理利用低累积作物品种和功能微生物实现污染农田的安全利用提供了科学依据。暨南大学生命科学技术学院向垒教授和莫测辉教授为该文的共同通讯作者。王一泽博士后和赵海明副研究员为该文的共同第一作者。同时该研究工作也得到了夏威夷大学 Qing X. Li 教授的指导和帮助。该研究获得了国家自然科学基金重点项目、广东省特支计划领军人才项目、广东省自然科学基金杰出青年项目的支持。论文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02073-2

图1. CIP胁迫下无菌环境中两品种菜心的种源细菌群落特征：(a) 基于Bray-Curtis 差异的 NMDS和PERMANOVA分析，以及基于Chao1和Shannon指数的α多样性分析，(b) 三种CIP浓度下两品种菜心优势细菌科的相对丰度，(c) 不同CIP浓度下两品种菜心的关键细菌差异。“*”和“**”分别表示两品种在p p

图2.不同CIP浓度胁迫下两品种菜心根内种传细菌群落的共现网络分析 (a) 及其拓扑学特征 (b)。点与点之间的连接均表示其Spearman相关系数> |0.6|和显著性p

图3. 两品种菜心根系的核心细菌属 (a)，不同核心细菌在两品种菜心中的差异比较，以及差异核心细菌相对丰度与两品种菜心表型参数的相关性 (b)，采用结构方程模型 (SEM) 分析差异核心细菌对CIP生物累积的直接和间接影响 (c)。在图 (c) 中，粉色和蓝色箭头分别表示正相关和负相关；虚线箭头表示该路径不显著 (p> 0.05)；箭头旁边的数字表示标准化路径系数。“*”和“**”分别表示各因素在pp