根際微生物是植物的第二基因組，對植物的生長和健康具有重要作用，其中的根際促生菌是微生物肥料的主要生產(chǎn)菌種，是支撐農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要投入品。肥料微生物生存于根際土壤，作用于植物根系，其在植物根表的高效定殖是發(fā)揮植物益生作用的前提。植物會通過免疫防衛(wèi)反應(yīng)抵抗微生物的定殖和侵染，其中識別非己成分而產(chǎn)生的活性氧爆發(fā)是植物免疫的第一道屏障，有效應(yīng)對植物免疫防衛(wèi)才能夠高效定殖。然而，對植物免疫的研究一直以來都圍繞著病原微生物和其共生菌（如根瘤菌和菌根真菌）展開，對于與其結(jié)合緊密但非共生的根際促生菌（同時也是微生物肥料的主要生產(chǎn)菌種）如何應(yīng)對植物根系免疫并成功定殖還不清楚。
4月17日，植物環(huán)境互作領(lǐng)域權(quán)威期刊《Plant Cell & Environment》在線發(fā)表了農(nóng)業(yè)微生物資源團(tuán)隊關(guān)于有益芽孢桿菌根際定殖過程中應(yīng)對植物免疫防衛(wèi)氧爆發(fā)策略的最新研究成果（Bacillus velezensis tolerance to the induced oxidative stress in root colonization contributed by the two-component regulatory system sensor ResE）。植物能夠識別細(xì)菌所產(chǎn)生的保守微生物相關(guān)分子模式（Microbe-associated molecular pattern, MAMP）產(chǎn)生基礎(chǔ)免疫，并伴隨著活性氧的爆發(fā)。細(xì)菌的鞭毛多肽flg22是目前研究最為透徹的MAMP，文章比較了多個病原菌與益生菌、尤其是芽孢桿菌的flg22序列，發(fā)現(xiàn)決定flg22的免疫激發(fā)效應(yīng)的關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)在有益芽孢桿菌中比較保守，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有益芽孢桿菌flg22能夠引發(fā)黃瓜、擬南芥葉片、根系的活性氧爆發(fā)。然而與病原菌不同的是，活體的有益微生物能夠激發(fā)植物活性氧爆發(fā)，而活體的病原菌由于多方面的免疫抑制和逃逸策略，并未激發(fā)植物的活性氧爆發(fā)，但有益芽孢桿菌卻能夠比病原菌耐受數(shù)倍濃度的活性氧。該研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌的一類保守的雙組份調(diào)控系統(tǒng)ResDE參與了對活性氧的耐受，缺失了ResDE系統(tǒng)的芽孢桿菌突變體活性氧耐受能力和根際定殖水平顯著降低，但對活性氧產(chǎn)生缺失的植物突變株定殖無影響，證實(shí)ResDE通過參與活性氧的耐受進(jìn)而促進(jìn)了芽孢桿菌的根際定殖。
根際促生菌激發(fā)植物免疫防衛(wèi)并耐受活性氧爆發(fā)的機(jī)制
該研究表明，益生芽孢桿菌與病原細(xì)菌在應(yīng)對植物活性氧爆發(fā)問題上采用了不同的策略，病原菌通過主動關(guān)閉或者逃逸植物的活性氧爆發(fā)，而益生芽孢桿菌由于其生活在根表而不侵染至根內(nèi)，更傾向于耐受活性氧。該研究成果為肥料微生物定殖的調(diào)控提供了理論參考。
資環(huán)學(xué)院博士研究生張慧慧為論文第一作者，中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所劉云鵬副研究員與南農(nóng)大資環(huán)學(xué)院張瑞福教授為論文共同通訊作者，該研究同時得到國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程的資助。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14068
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