PNAS | 研究揭示让竞争微生物远离促使植物微生物群定殖的机制！

以下文章来源于Ad植物微生物 ，作者托马斯

植物根系相关细菌群落的特征是分类多样性较低，α-、β-和γ-变形杆菌、放线菌、黄杆菌和芽孢杆菌为优势菌群。根系微生物群落建立的宿主遗传决定因素包括植物在根际不断释放的富含碳的即初级代谢产物，作为根系微生物群落组装和活动的关键介质。可以想象，根系共生微生物产生的特殊代谢物也有助于微生物群落的建立，因为这些分子可能负责与其他细菌类群的合作或竞争关系。专门的抑制性代谢物通常由生物合成基因簇 (BGC) 编码的复杂、耗能高的酶促机制产生。这些分子表现出多种拮抗活性，包括抑制原核细胞壁生物合成、细胞膜中的孔隙形成或抑制三磷酸腺苷生物合成。例如，来自荧光假单胞菌菌株的抗菌物质2,4-二乙酰间苯三酚 (DAPG) 在抑制影响草和谷类植物根部的真菌病害方面起着主导作用，并已被证明也能抑制细菌生长。此外，通过螯合无机铁与病原菌无法吸收的细菌铁载体， 包括萤光嗜铁素，可以抑制番茄感染致病性青枯雷尔氏菌，而促进生长的铁载体可促进这种细菌根部病原菌的感染。在体外，来自绿针假单胞菌YL-1的铁载体萤光嗜铁素以铁浓度依赖性方式抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，并且是抑制水稻白叶枯病菌所必需的。然而，这些具有不同作用模式的细菌外代谢物是否会影响根系微生物群落的组装并促进根系上的菌株普遍存在仍是未知的。

2023年4月5日，国际权威学术期刊PNAS发表了德国马克斯-普朗克植物育种研究所（Display your talent！走进德国马克斯普朗克植物育种研究所！）的Paul Schulze-Lefert（近5年37篇高水平文章！Paul Schulze-Lefert院士团队在先天免疫和植物菌群领域取得重大进展！）和Stéphane Hacquard（Nature Plants | 德国马普植物育种所研究揭示地下微生物群落解决地上植物的胁迫问题！PNAS | 德国马普植物育种所研究揭示宿主和常驻细菌联手控制植物根部的真菌！）团队的最新相关研究成果，题为Cofunctioning of bacterial exometabolites drives root microbiota establishment的研究论文。

由单个根系细菌产生的抑制性外代谢物已被广泛研究，用于保护植物免受土传病原菌的侵害。然而，根系相关细菌群落产生的代谢物的普遍性以及它们与根系微生物群落建立的生态相关性仍然难以确定。本研究描述了由代谢物介导的分类学上不同的根和土壤中的细菌之间的二元相互作用。利用遗传和代谢组学方法，本研究确定了抗菌物质DAPG和铁载体脓青素，它们共同解释了高度拮抗的根系相关假单胞菌的大部分抑制活性。用一个确定的细菌群落进行的微生物群落重组实验表明，它们通过特异性地影响根部微生物群落的建立，共同发挥着根系功能决定因素的作用。在自然环境中，这些外代谢物可能作为适应性特征，使得假单胞菌在整个根部微生物群落中普遍存在。土栖微生物是根部微生物群落的主要接种物，但科研人员对微生物群落建立中的微生物-微生物相互作用的理解仍然是不完整的。本研究测试了39,204 种二元细菌相互作用的体外抑制活性，从而能够识别细菌抑制谱中的分类学特征。使用遗传学和代谢组学方法，科研人员将抗菌物质 DAPG和铁载体萤光嗜铁素定为代谢物，它们的综合功能解释了强拮抗性油菜假单胞菌R401的大部分抑制活性。在存在野生型或突变株的情况下，以拟南芥根系共生微生物为核心的微生物群落重建揭示了这些代谢物作为根系能力决定因素和根系相关群落可预测变化的驱动因素的根系生态位特异性协同功能。在自然环境中，相应的生物合成操纵子都在根部富集，这种模式可能与它们作为铁槽的作用有关，表明这些协同功能的代谢物是适应性特征，有助于假单胞菌在整个根部微生物群落中的普遍存在。

本文转载自Ad植物微生物

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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