Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.丨肠杆菌SA187协调细菌和植物硫代谢诱导植物耐盐性

论文内容

研究背景：

植物生长促进菌（PGPB）有能力与植物建立互利关系，从而促进植物生长。PGPB可以使用不同的策略来减少植物对生物和非生物环境胁迫的脆弱性。PGPB可以生活在植物根部周围的土壤（根际）中，附生在根、茎或叶的表面，或作为植物组织内的内生菌。PGPB能够通过不同的机制促进植物的生长，如从土壤中吸收养分（磷、氮、铁等），调节植物激素水平（辅酶、乙烯、脱落酸等），或通过激活被称为诱导性系统抗性（ISR）的防御机制或产生抗菌化合物来增强植物对病原体的抵抗力。在过去的几十年里，PGPB作为生物技术工具在农业领域的应用获得了关注，成为传统化肥和农药的替代品。肠杆菌属SA187，是一种内生性PGPB，已被证明可提高沙漠耕作条件下苜蓿和实验室条件下拟南芥多种胁迫的耐受性。本研究探究了盐胁迫条件下SA187对拟南芥的影响，结果表明，植物盐胁迫耐受性需要协调调节有益微生物和宿主植物中的硫代谢途径。

研究内容：

本研究比较了拟南芥和SA187在内生相互作用和植物体外自由状态下的代谢线路，研究SA187和硫代谢在拟南芥盐胁迫耐受性中的作用。

结果表明，SA187与拟南芥的相互作用导致了细菌的趋化性、鞭毛生物合成、群体感应和生物膜形成等基因表达的巨大变化。除了改变细菌碳和能量代谢外，各种营养和代谢物转运蛋白以及整个硫代谢途径也被上调。在盐胁迫下，拟南芥与硫酸盐饥饿下的植物相似，但当被SA187定植时则不然，SA187重新编译了拟南芥的硫调节因子。因此，SA187与添加硫酸盐、L-半胱氨酸或L-蛋氨酸一样，可以部分或完全挽救多个拟南芥硫代谢突变体的盐过敏。叶绿体中硫代谢的许多成分被SA187部分挽救。最后，SA187抑制了盐诱导的LSU突变体的活性氧积累和超敏反应。LSU编译了一个连接硫代谢和叶绿体超氧化物歧化酶活性的中心规则。拟南芥耐盐胁迫需要有益微生物和寄主植物对硫代谢途径的协调调节，这可能是不同有益微生物减轻不同非生物胁迫对植物有害影响的共同机制。

研究结论：

研究结果表明，在SA187与拟南芥的相互作用中，宿主植物提供了营养丰富的环境，有利于细菌的生长和增殖。作为交换，SA187通过提供代谢物KMBA来保护宿主免受盐胁迫条件的负面影响，KMBA可以转化为乙烯，也可以转化为其他化合物。拟南芥中的乙烯信号传导调节硫调节子，包括大部分硫代谢酶，从而调节硫酸盐的摄取以及半胱氨酸和蛋氨酸的产生，它们不仅作为蛋白质合成的前体，而且还用于合成有助于解毒ROS的重要抗氧化剂谷胱甘肽或多胺。SA187因此保护植物免受盐胁迫的负面影响，并保持光合作用和植物生长。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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