化合物是植物與外界環境進行信息交流的重要媒介。中國科學院昆明植物研究所種子分子生態學研究組聚焦于研究植物在種子階段使用的各種信息化合物。該研究組曾報道種子可以感受野火煙氣中的丁香醛，并受其刺激而啟動種子萌發，從而在野火之后迅速實現種群更新(Cao et al.,2022;Cao et al,2023;許宏力等,2024)。近期，種子分子生態學研究組又聯合南方科技大學合作伙伴發現水稻種子在萌發過程中可以釋放苯甲醛，并以該化合物為信號，招募促進幼苗生長的益生細菌。

植物終其一生都難以脫離環境中的微生物，許多植物都會積極地塑造自身周邊的微生物環境。然而，植物在其生活史周期的什么階段開始具備這種自主塑造微生物環境的能力？這一直是個未解之謎。曹德昌研究組與夏雨研究組的聯合工作發現水稻種子在吸脹三天之內即可改變周邊的細菌群落構成。盡管土壤中有成千上萬的細菌，然而并非所有的細菌都成比例地吸附到種子上。水稻種子在水稻田泥土中吸脹三天后，選擇性地從土壤中招募一部分細菌，同時也驅離了一些細菌，在種子周圍構建了與泥土中完全不同的細菌群落。不能啟動萌發的種子則被截然不同的細菌群落包圍。

水稻種子在萌發時招募的這些細菌可以促進幼苗生長。相比于細菌被完全殺滅的對照組，在泥土中萌發并構建自主細菌群落的種子所產生的幼苗可以實現更快更好的生長。

圖1. 水稻種子萌發過程中可以招募促進幼苗生長的益生細菌。a)16S測序結果表明萌發的種子、未萌發的種子和萌發實驗所用土壤具有截然不同的細菌群落組成；b)PCA分析可以量化表征萌發種子、未萌發種子和土壤的細菌群落差異；c)萌發的種子細菌群落具有最低的多樣性，表明僅有部分土壤細菌被萌發的種子招募富集；d)宏基因組測序表明萌發種子和未萌發種子的細菌群落具有明顯的差異。

通過高效液相色譜串聯二級質譜(HPLC-MS-MS)分析技術發現水稻種子在萌發時會分泌一些特異性化合物，包括苯甲醛。進一步研究發現，苯甲醛可以模擬萌發種子招募細菌的行為。將浸吸苯甲醛的滅菌竹簽置于泥土上，也可以模仿萌發的種子，構建類似的細菌群落。因此，萌發的水稻種子可以釋放苯甲醛作為武器，主動出擊土壤細菌，“一手拉一手打”，構建自主的細菌群落。

圖2. 萌發的水稻種子釋放苯甲醛，對周邊菌群進行“一手拉一手打”的重構。a)萌發的種子向周圍土壤分泌一些獨特的代謝化合物;b)通過質譜分析檢測到種子和土壤樣品種具有功能多樣、來源復雜的化合物；c)萌發的種子可以分泌苯甲醛，顯著多于未萌發的種子；d)苯甲醛中浸濕的滅菌竹簽可以模擬萌發的種子，構建與萌發種子周圍類似的細菌群落。

該研究工作近日以Germinating rice seeds shape rhizospheric bacteria via releasing benzaldehyde為題，發表于傳統植物學主流學術期刊Plant Physiology and Biochemistry。南方科技大學博士生趙碧溪和哈爾濱工業大學博士生顏玉璽為論文共同第一作者，種子分子生態學研究組組長曹德昌副研究員和南方科技大學夏雨副研究員為共同通訊作者。該工作得到了昆明植物所引進人才啟動經費、云南省“興滇英才”青年項目、國家自然科學基金、以及廣東省環境健康與陸地資源重點實驗室的支持。

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