Microbiome丨中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因组学创新团队揭示黄瓜通过特定基因型招募木质部内生菌并建立互惠关系的新机制，开启精准农业定制“新路径”

       近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因组学创新团队在国际知名学术期刊《微生物组(Microbiome), IF-5y=16.6》在线发表了题为“Host Genetic Regulation of Xylem-Resident Pseudomonas Enhances Cucumber Growth”的研究论文。该研究系统解析了黄瓜木质部微生物组成的遗传基础，并揭示了宿主基因CsXPR1通过特异性招募有益的假单胞菌（Pseudomonas）来促进黄瓜生长的新机制，着重阐明了这种促生效应具有显著的宿主基因型依赖性。

       内生微生物在植物生长和抗逆中发挥着关键作用，但植物如何精准选择并招募这些有益微生物，特别是在负责水肥长距离运输的木质部中，其遗传基础尚不清楚。本研究通过对109份具有广泛遗传多样性的黄瓜核心种质进行木质部微生物组全基因组关联分析（GWAS），发现黄瓜木质部拥有一个高度保守的核心微生物群落，其中假单胞菌属占据主导地位。

       研究团队进一步通过GWAS锁定了一个关键的宿主遗传位点CsXPR1，该基因编码一个TPR（Tetratricopeptide Repeat）类蛋白，能够精准调控木质部核心有益菌——黄褐假单胞菌（Pseudomonas fulva）菌株220的丰度。更为重要的是，该研究揭示了这种微生物促生效应具有显著的“基因型依赖性”。机制研究表明，P. fulva菌株220定殖于木质部后，通过合成关键代谢产物4-亚甲基谷氨酰胺（4-methyleneglutamine），显著提升了木质部汁液中的氮素水平，从而促进植株生长。接种实验证实，该菌株仅在CsXPR1高表达的黄瓜单倍型（Hap2）中表现出显著的促生效果，使株高、茎粗、叶面积及生物量显著增加；而在CsXPR1低表达的单倍型（Hap1）中，由于宿主招募该菌株的能力相对较弱，促生效果不明显。这一发现解析了植物与其核心微生物组之间“精准招募、协同进化”的互作机制（图1）。

图1 基因型依赖的木质部假单胞菌促生长机制

       该研究成果不仅填补了宿主遗传变异重塑木质部内生菌群研究的空白，构建了完整的“宿主基因-有益微生物-代谢产物-植物表型”的作用通路，更为通过遗传改良精准利用植物微生物组、培育高产高效作物新品种提供了重要的基因资源和理论依据。该研究揭示的“特定基因型配特定菌”的精准互作模式，勾勒出未来农业从传统单一育种向“种质+微生物”协同进化的发展蓝图。这种基于Host-Genotype-Microbiome的精准定制模式，意味着未来我们可以根据作物的遗传背景，量身打造配套的功能菌集，构建起新型的智慧农业生态系统。通过种质资源的精准定制与高效益生菌群的综合利用，农业生产将步入更加绿色、高效的可持续发展轨道。

       该研究以中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第一和通讯作者单位，中国农业科学院蔬菜花卉研究所秦宇轩副研究员、已毕业硕士生朱雪莹、在读博士生郑盈盈和已毕业博士生王昆为该论文的共同第一作者，中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨学勇研究员、秦宇轩副研究员和中国农业科学院农业资源与农业区划研究所的魏海雷研究员为共同通讯作者，美国内布拉斯加大学林肯分校的杨金良教授参与了该研究。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所的艾超研究员对该研究提出了宝贵意见。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国农业科学院科技创新工程的资助。

原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s40168-025-02308-2