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近日，西南大学联合河南大学、德国慕尼黑工业大学、北京大学、陕西杂交油菜中心等国内外多家机构，在Nature Plants发表题为“Large-scale multi-omics unveils host–microbiome interactions driving root development and nitrogen acquisition”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，首次在油菜中系统揭示了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，为作物养分高效与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。西南大学李楠楠教授与河南大学王道杰教授、德国慕尼黑工业大学于鹏教授、北京大学白洋教授和陕西杂交油菜研究中心张彦峰研究员为共同通讯作者。

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。

该研究选取了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，系统采集了根系转录组、根际细菌16S rRNA谱和植株离子组数据，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，鉴定到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。研究进一步锁定了一个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。（作者：翟云孤      审核：曹玉辉）

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-025-02210-7