Cross-niche metabolite–microbiome interactions orchestrate systemic soybean resistance to Fusarium root rot

生物 根腐病 植物 根际细菌 开枪 栽培 植物抗病性 镰刀菌 根际 单作 类黄酮 病理系统 枯萎病 转录组 次生代谢物 作物 索拉尼镰刀菌 植物对草食的防御 真菌 寄主(生物学) WRKY蛋白质结构域 萜类 小黑麦 激发子 生物技术 疾病管理 农学 病菌 普通大麦
作者
Qi Liu,Lang Cheng,E Zhang,Li Ling,Weiyi Tan,Suwen Liang,Canwei Shu,Qibin Ma,S. J. Zhao,Jian Wei,Yingxiang Wang,Hai Nian,Yanbo Cheng,Tengxiang Lian
出处
期刊:The ISME Journal [Springer Nature]
卷期号:20 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1093/ismejo/wrag080
摘要

Fusarium root rot, predominantly caused by Fusarium falciforme, poses a significant threat to soybean productivity globally. Microbiome-based strategies offer sustainable alternatives, but the mechanisms underlying multi-niche interactions remain elusive. Here, we found that a tolerant soybean cultivar (GXD2) coordinates spatially resolved metabolite signals to recruit beneficial microbes across the rhizosphere, root endosphere, and leaf endosphere. Specifically, formononetin and maltol selectively enrich Bacillus and Massilia in the rhizosphere; arctigenin and isovanillic acid recruit Bacillus and Streptomyces to the root endosphere; and flavonoids such as diosmetin attract Penicillium and Aspergillus to the leaf endosphere. Leveraging these interactions, we constructed different types of synthetic communities (SynComs) via top-down (host-selected taxa) and bottom-up (antagonist-based) strategies. Both SynComs suppressed root rot in susceptible cultivars, with foliar application of top-down SynComs significantly enhancing shoot growth. Transcriptomics revealed distinct modes of action: that top-down SynComs activated mitogen-activated protein kinase (MAPK)-linked terpenoid and flavonoid pathways, whereas bottom-up SynComs primarily modulated host carbon-nitrogen allocation, effectively limiting pathogen resources. Our findings unveil a "metabolite-mediated, multi-niche collaborative defense" model, presenting a robust framework for microbiome-based disease management and paving the way toward sustainable crop protection strategies.
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