植物如何產(chǎn)生抗菌分子來調(diào)控細(xì)菌的生長和行為
在自然界中，植物與多種細(xì)菌共存。這些細(xì)菌中，有些是降低植物適應(yīng)性的病原體，而另一些是促進(jìn)植物生長和抗逆性的有益細(xì)菌。最新研究表明，與植物相關(guān)的共生細(xì)菌作為一個(gè)整體對植物健康至關(guān)重要，是植物在自然環(huán)境中生存的必需因素。具有不同特性的細(xì)菌會同時(shí)定植于植物組織。因此，植物需要適應(yīng)為其提供服務(wù)的細(xì)菌，同時(shí)也需要防御病原體。植物如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)呢？
2024年6月10日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)Kenichi Tsuda團(tuán)隊(duì)于Annual Review of Phytopathology發(fā)表了題為Regulation of Bacterial Growth and Behavior by Host Plant的綜述論文。綜述總結(jié)了植物如何利用物理屏障、控制共享資源如水和營養(yǎng)物質(zhì)、以及產(chǎn)生抗菌分子來調(diào)控細(xì)菌的生長和行為。論文還強(qiáng)調(diào)植物利用專門的代謝物質(zhì)來支持或抑制特定的細(xì)菌，從而選擇性地招募與植物相關(guān)的細(xì)菌群落并調(diào)節(jié)其功能。在未來進(jìn)一步解析植物選擇促進(jìn)植物健康的微生物群的確切機(jī)制將有助于通過部署定制微生物群或調(diào)節(jié)局部微生物群來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展。
在自然環(huán)境中，植物不可避免地與包括細(xì)菌、真菌、卵菌和病毒在內(nèi)的多樣微生物共存。其中一些微生物是植物病原體，會損害植物的生長和繁殖。植物通過已形成的結(jié)構(gòu)性和分子性屏障來抵御病原體，這些屏障在識別到病原體分子后由PRRs和細(xì)胞內(nèi)NLRs誘導(dǎo)產(chǎn)生。PRRs識別PAMPs或MAMPs，以及DAMPs從而激活PTI。NLRs直接或間接識別病原體效應(yīng)分子，進(jìn)而激活ETI。盡管NLRs在大多數(shù)情況下識別病原體分子，PRRs則無論分子來源于病原體還是共生和有益微生物都可識別。實(shí)際上，PRRs有助于維持稱為微生物群的健康植物相關(guān)微生物群體，并幫助防止菌群失調(diào)。因此，植物免疫系統(tǒng)不僅對抗病原體，還保持共生和有益微生物的平衡。微生物群體的重構(gòu)實(shí)驗(yàn)，包括細(xì)菌、真菌和卵菌，表明細(xì)菌定植對植物在自然環(huán)境中生存至關(guān)重要。這不僅表明一些細(xì)菌是植物的朋友，而且它們是自然環(huán)境中植物生命的必要組成部分。因此，植物面臨一個(gè)兩難局面：它們需要細(xì)菌定植以生存，但同時(shí)也受到某些細(xì)菌的攻擊。植物如何同時(shí)選擇性地招募細(xì)菌并抵御細(xì)菌病原體，控制共生和有益細(xì)菌的行為呢？
通過共享資源的變化實(shí)現(xiàn)對細(xì)菌的調(diào)節(jié)
圖1.通過共享資源調(diào)控細(xì)菌行為。(a)植物向胞間隙分泌/釋放共享資源（例如，糖類、氨基酸和水），從而幫助病原性和非病原性細(xì)菌的定植。(b)病原體通過激活宿主的糖類和氨基酸外流轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及將效應(yīng)子AvrE作為水透性通道導(dǎo)入宿主跨膜，增加胞間隙中共享資源的量，從而表現(xiàn)其致病力。(c)當(dāng)病原體展示其致病力時(shí)，宿主植物通過模式觸發(fā)免疫和/或效應(yīng)因子觸發(fā)免疫誘導(dǎo)其免疫反應(yīng)，進(jìn)而激活諸如STP13和LHT1等內(nèi)流轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，以減少胞間隙中的共享資源量。這導(dǎo)致病原體的致病力和生長受到抑制。實(shí)線表示已建立的連接。虛線表示假設(shè)/潛在的關(guān)聯(lián)。灰色的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白未激活。箭頭和線條的粗細(xì)代表支持或抑制的不同強(qiáng)度。
植物通過代謝物實(shí)現(xiàn)對微生物群的調(diào)控
圖2植物對微生物的選擇性調(diào)控。(a)植物如何選擇性地招募和抑制微生物群落及影響其活性的機(jī)制概覽。箭頭和線條的粗細(xì)代表支持或抑制的不同強(qiáng)度。(b)微生物利用植物來源的代謝物質(zhì)，導(dǎo)致它們的富集和激活，從而促進(jìn)功能性反應(yīng)。(c)在生長階段，宿主植物持續(xù)塑造其微生物群，組建一個(gè)穩(wěn)定的微生物群落，這使得植物更易受感染或更具抵抗力。(d)在受到壓力時(shí)，宿主植物招募并激活特定的微生物，這可能有助于防御，或者在環(huán)境閾值超過植物調(diào)控能力的情況下，無意中促進(jìn)病原體感染或加速植物死亡
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后Satoru Nakagami與碩士生汪哲為本文的共同第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)Kenichi Tsuda教授為本文的通訊作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)韓曉偉教授參與了本研究。
相關(guān)新聞推薦
2、基于機(jī)制的藥代動(dòng)力學(xué)/藥效學(xué)模型預(yù)測大腸桿菌和不同環(huán)丙沙星濃度的細(xì)菌殺滅時(shí)間
3、?嗜黏蛋白阿克曼菌在硫乙醇酸鹽液體培養(yǎng)基中的生長情況與代謝產(chǎn)物（一）