近日，西南大学资源环境学院、农业科学研究院和长江经济带农业绿色发展研究中心李楠楠课题组联合国内外多个研究团队在《自然·植物》(NaturePlants)发表题为《大规模多组学揭示驱动根发育与氮素获取的宿主-微生物组互作机制》的研究论文。该研究通过整合基因组、转录组、微生物组与离子组等多层次数据，首次揭示了油菜中系统宿主基因调控根际微生物群落组装进而影响氮素吸收与根系发育的分子网络，为作物养分高效育种以及微生物组辅助育种提供了重要理论依据和关键微生物资源。

氮素是作物生长最重要的矿质元素之一，但过量施用氮肥已成为全球性的环境问题。根际微生物组在植物养分获取、抗逆与生长发育中发挥关键作用，然而其如何受宿主遗传调控并与作物氮营养性状形成互作网络，仍是植物-微生物互作领域的核心难题。

课题组选取了175份具有广泛遗传多样性的甘蓝型油菜种质，在两个典型田间环境下系统调查了根系转录组、根际细菌16SrRNA谱和植株离子组，构建了1341组配对多组学数据集。通过全基因组关联分析、转录组关联分析与表达数量性状位点定位，鉴定出203个具有中高遗传力的细菌扩增子序列变异，其中多个ASV与根系氮含量显著相关。尤为重要的是，宿主转录组与微生物组数据联合解释了高达45%的氮吸收自然变异。进一步地，锁定了受宿主强遗传调控的关键细菌属—鞘氨醇盒菌属(Sphingopyxis)。通过高通量培养、全基因组测序与功能验证，证实该菌能通过合成生长素(IAA)促进油菜侧根发育，从而增强低氮条件下的氮素获取能力。

该研究不仅首次在油菜中构建了“宿主基因-转录调控-微生物组-氮营养表型”的多层次互作网络，还发掘出具有促生与氮增效潜力的功能微生物，为油菜养分高效育种和微生物肥料开发提供了新的基因与菌种资源。

该项工作由西南大学牵头，联合国内外多家单位合作完成。西南大学资源环境学院李楠楠教授与德国慕尼黑工业大学PengYu教授、北京大学白洋教授、陕西杂交油菜研究中心张彦峰研究员和河南大学王道杰教授为共同通讯作者，李楠楠教授、德国莱布尼茨研究所(IPK)GuoliangLi博士、德国慕尼黑工业大学XiaofangHuang博士研究生、西南大学马丽革博士生，德国慕尼黑工业大学的DanningWang博士后、西南大学罗誉博士生为共同第一作者。该工作也得到了浙江大学蒋立希教授、西南大学陈新平教授、波恩大学FrankHochholdinger教授以及德国莱布尼茨研究所JochenC.Relf教授的大力支持。该研究得到了国家级人才计划项目、重庆市人才计划项目、德国研究基金会等项目的资助。