Rice receptor kinase FLR7 regulates rhizosphere oxygen levels and enriches the dominant Anaeromyxobacter that improves submergence tolerance in rice

生物 根际 微生物群 无氧运动 基因组 水稻 突变体 植物 基因 生物化学 遗传学 细菌 生理学
作者
Hongbin Liu,Hong-xia Sun,Li-Qiong Du,Lingli Jiang,Lin-An Zhang,Yin-Yao Qi,Jun Cai,Feng Yu
出处
期刊:The ISME Journal [Springer Nature]
卷期号:18 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1093/ismejo/wrae006
摘要

Oxygen is one of the determinants of root microbiome formation. However, whether plants regulate rhizosphere oxygen levels to affect microbiota composition and the underlying molecular mechanisms remain elusive. The receptor-like kinase (RLK) family member FERONIA modulates the growth-defense tradeoff in Arabidopsis. Here, we established that rice FERONIA-like RLK 7 (FLR7) controls rhizosphere oxygen levels by methylene blue staining, oxygen flux, and potential measurements. The formation of oxygen-transporting aerenchyma in roots is negatively regulated by FLR7. We further characterized the root microbiota of 11 FLR mutants including flr7 and wild-type Nipponbare (Nip) grown in the field by 16S ribosomal RNA gene profiling and demonstrated that the 11 FLRs are involved in regulating rice root microbiome formation. The most abundant anaerobic-dependent genus Anaeromyxobacter in the Nip root microbiota was less abundant in the root microbiota of all these mutants, and this contributed the most to the community differences between most mutants and Nip. Metagenomic sequencing revealed that flr7 increases aerobic respiration and decreases anaerobic respiration in the root microbiome. Finally, we showed that a representative Anaeromyxobacter strain improved submergence tolerance in rice via FLR7. Collectively, our findings indicate that FLR7 mediates changes in rhizosphere oxygen levels and enriches the beneficial dominant genus Anaeromyxobacter and may provide insights for developing plant flood prevention strategies via the use of environment-specific functional soil microorganisms.
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