Nitrogen fertilization modulates beneficial rhizosphere interactions through signaling effect of nitric oxide

根际 人类受精 生物 根际细菌 黄瓜 一氧化氮 植物 农学 细菌 遗传学 内分泌学
作者
An Kang,Nan Zhang,Weibing Xun,Xiao-Yan Dong,Ming Xiao,Zihao Liu,Zhihui Xu,Haichao Feng,Jianwen Zou,Qirong Shen,Ruifu Zhang
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:188 (2): 1129-1140 被引量:8
标识
DOI:10.1093/plphys/kiab555
摘要

Chemical nitrogen (N) fertilization is customary for increasing N inputs in agroecosystems. The nutritional effects of N fertilization on plants and soil microbes have been well studied. However, the signaling effects of N fertilization on rhizosphere plant-microbe interactions and the following feedback to plant performance remain unknown. Here, we investigated the effect of different N fertilizations on the behavior of the plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) Bacillus velezensis SQR9 in the cucumber (Cucumis sativus L.) rhizosphere. Moderate N fertilization promoted higher rhizosphere colonization of strain SQR9 than insufficient or excessive N input. Nitric oxide (NO) produced through the denitrification process under N fertilization was identified as the signaling molecule that dominates the root colonization of PGPR, and this effect could be neutralized by the NO-specific scavenger 2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxy-3-oxide. Gene expression analysis demonstrated that NO regulated the biofilm formation of strain SQR9 by affecting the synthesis of extracellular matrix γ-polyglutamic acid, consequently impacting its root colonization. Finally, we demonstrated that moderate N fertilization-modulated enhanced PGPR root colonization can significantly promote plant growth and nitrogen use efficiency. This study provides insights into our understanding of the beneficial rhizosphere plant-microbe interactions under N fertilization and suggests that rational fertilization is critical to promote beneficial rhizosphere interactions for sustainable agricultural production.
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