Metagenomic insights into nitrogen cycling functional gene responses to nitrogen fixation and transfer in maize–peanut intercropping

间作 固氮 氮气循环 根际 缓生根瘤菌 基因组 生物 硝酸还原酶 农学 氮气 种间竞争 植物 化学 硝酸盐 生态学 生物化学 基因 细菌 遗传学 有机化学
作者
Qiqi Dong,Huijie Su,Yuexin Sun,Yubiao Zhao,Dong‐Ying Zhou,Xiaoguang Wang,Chunji Jiang,Xibo Liu,Chao Zhong,He Zhang,Shuli Kang,Xinhua Zhao,Haiqiu Yu
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
标识
DOI:10.1111/pce.15034
摘要

Abstract The fixation and transfer of biological nitrogen from peanuts to maize in maize–peanut intercropping systems play a pivotal role in maintaining the soil nutrient balance. However, the mechanisms through which root interactions regulate biological nitrogen fixation and transfer remain unclear. This study employed a 15 N isotope labelling method to quantify nitrogen fixation and transfer from peanuts to maize, concurrently elucidating key microorganisms and genera in the nitrogen cycle through metagenomic sequencing. The results revealed that biological nitrogen fixation in peanut was 50 mg and transfer to maize was 230 mg when the roots interacted. Moreover, root interactions significantly increased nitrogen content and the activities of protease, dehydrogenase (DHO) and nitrate reductase in the rhizosphere soil. Metagenomic analyses and structural equation modelling indicated that nrfC and nirA genes played important roles in regulating nitrogen fixation and transfer. Bradyrhizobium was affected by soil nitrogen content and DHO, indirectly influencing the efficiency of nitrogen fixation and transfer. Overall, our study identified key bacterial genera and genes associated with nitrogen fixation and transfer, thus advancing our understanding of interspecific interactions and highlighting the pivotal role of soil microorganisms and functional genes in maintaining soil ecosystem stability from a molecular ecological perspective.
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