植物生长促进根际细菌（Plant growth promoting rhizosphere bacteria,PGPR）是寄生在土壤和植物根系上的细菌,能够通过直接刺激植物生长或间接保护植物免受病原体侵染而促进植物生长。PGPR通过调节初生根的细胞分裂分化和影响侧根发育来影响拟南芥根系的生长发育。这些效应导致根系构型发生急剧的变化,从而显著影响植物的生长。但不同PGPR影响植物根系生长的机理不同。Herbaspirillum huttitense 5-28（以下简称H.5-28）是本实验室在中药材附子体内分离得到的根系促生菌。前期研究结果表明,该菌株不仅能促进包括拟南芥在内的部分植物的的根系生长和提高生物量,同时还能提高拟南芥的抗病性,有望成为一种高效的植物促生菌。无论是H.5-28的基因组信息还是生理生化特征均表现出明显区别于其他PGPR的部分特性,提示该菌促进植物根系发育和生长的机制有别于其他PGPR。为此,我们借助模式植物拟南芥,在前期的研究基础上进一步探索H.5-28能够促进植物根系生长的机理。本研究将H.5-28接种到不同植物验证其促生作用的同时,详细分析了 H.5-28促进拟南芥根系生长的状况,并利用转录组学和代谢组学等方法初步筛选了影响拟南芥生长的可能途径,并利用qRT-PCR技术和LC-MS方法分别从关键基因表达和内源IAA的代谢角度验证了该菌促进拟南芥根系生长的途径。主要研究结果如下:1、H.5-28能够显著提高几种植物的生物量和产量。与对照相比,施用H.5-28后,玉米、黄瓜、西红柿和白菜的生物量分别是1.08倍、2.00倍、1.19倍和1.37倍,产量分别是1.10倍、2.39倍、2.07倍和1.16倍。特别是在拟南芥接种H.5-28后,与空白对照相比较,拟南芥的鲜重是8.10倍、干重是3.33倍、侧根数目是4.86倍、叶面积是1.28倍。2、H.5-28菌株处理拟南芥后,拟南芥中乙烯、茉莉酸、水杨酸、赤霉素、细胞分裂素、油菜素内酯等植物激素代谢相关基因表达量均发生了显著变化,结合前期H.5-28能显著改变苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、植物激素信号转导等3个KEGG通路相关的基因表达的研究结果,推断H.5-28可能通过影响植物激素相关通路来促进拟南芥根系生长,进而促进拟南芥生长。3、利用GC-MS技术,在接种H.5-28的拟南芥中筛选出31个差异代谢物,这些差异代谢物分别参与了拟南芥的硫代谢、苯丙氨酸等10余种氨基酸的合成、以及苯丙烷类生物合成等多种代谢途径;接种H.5-28的拟南芥中脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）、赤霉素（GA3）、玉米素（ZT）、水杨酸（SA）等植物激素的含量较空白对照组均发生了极显著变化,表明H.5-28能够显著影响拟南芥内源植物激素的代谢水平,相比于对照组,接种H.5-28的拟南芥植株ABA、GA3和SA的含量分别是18.76倍、3.44倍和1.37倍,ZT极显著增长,JA的含量是0.93倍。进一步分析推测,H.5-28是通过影响拟南芥内源IAA代谢来影响拟南芥根系生长,从而促进拟南芥生长。4、H.5-28处理的拟南芥后,与对照相比,生长素合成相关的关键基因TAA1、YUC1、YUC4、YUC6、YUC8 和 YUC9 的相对表达量是 7.42 倍、5.65 倍、4.27 倍、22.96倍、38.64倍和9.21倍;生长素输入相关的关键基因AUX1、LAX1、LAX2和LAX3相对表达量是2.67倍、2.89倍、1.82倍和3.29倍;与生长素输出相关的关键基因PIN1和PIN2相对表达量是3.53倍和11.22倍;与生长素信号转导相关的关键基因ARF7、ARF19和LBD18相对表达量是4.24倍、4.23倍和8.88倍。表明H.5-28能够显著提高拟南芥内源IAA的合成、运输及信号转导相关基因的表达,LC-MS技术分析结果表明,接种H.5-28后拟南芥的IAA的含量是8.39倍。这可能也是H.5-28影响拟南芥根系生长,促进拟南芥侧根生长的主要原因。由此可以得到,H.5-28菌株通过影响植物内源IAA的生长素合成、转运和信号转导来调节植物生长素水平,影响植物根系发育,促进植物生长。综上所述,H.5-28定殖在拟南芥的根系,可能在转录水平上影响苯丙烷类生物合成,进而影响苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,从而调控色氨酸代谢,刺激并调控拟南芥吲哚丙酮酸途径,并促进拟南芥内源生长素的合成、运输与信号转导,促进拟南芥根系生长,从而促进拟南芥生长。另外H.5-28菌株能够促进黄瓜、玉米、西红柿和白菜等的生长,并促进生物量和提高产量。因此,我们推测H.5-28具有一定的广谱性促生作用,未来具有开发成生物菌肥提高植物品质及产量的巨大潜力。