Nature plants | “根际微生物-免疫”轴调控植物生长与胁迫响应

中科新生命蛋白代谢多组学

2021.10.26

植物根部微生物定植可以塑造其表型并保护植物免受病害侵袭。与动物中的“肠道微生物-免疫”轴相似，研究报道发现植物中也存在“根际微生物-免疫”轴。2021年7月5日，德国马普植物育种研究所Stéphane Hacquard团队在Nature plants（IF=15.793）杂志发表了题为A microbiota-root-shoot circuit favours Arabidopsis growth over defence under suboptimal light的文章，研究利用系统生物学手段发现当光照条件不理想时，地下对微生物的反应和地上植物对光的反应沿着微生物-根-芽回路整合，以牺牲部分防御为代价进行植物生长补偿调控。

【研究材料】

野生型和突变型拟南芥；

人工合成根系微生物群落：183种细菌，24种真菌，7种卵菌。

【实验分组】

弱光 + 不同微生物条件（无菌，细菌、真菌和卵菌）

充足光 + 不同微生物条件（无菌，细菌、真菌和卵菌）

【技术方法】

根际微生物16S rDNA / ITS测序，植株部分转录组测序

技术路线

1. 弱光条件下比较无菌和微生物定植的拟南芥生长情况

2. 利用16S rRNA 和ITS 测序技术探究不同光照条件对拟南芥根部微生物群落组成的影响；

3.利用植株转录组测序技术探究发现弱光条件下微生物诱导的拟南芥生长拯救是以牺牲部分防御为代价；

4. MYC2在弱光条件下微生物诱导的生长补偿优于防御中发挥关键作用。

主要研究结果

1. 不同光照条件对拟南芥根部微生物群落组成的影响

为了明确光照对植物根部微生物群落构成是否有影响，研究人员利用16S和 ITS 测序技术检测了充足光照和弱光下根部微生物（人工合成根系微生物群落）的组成情况，发现菌群组成发生显著变化。地上弱光应激可以通过“根-芽”轴影响根部微生物的群落组成。

图1 弱光条件对拟南芥根部微生物组成的影响

2. 弱光条件下微生物诱导的拟南芥生长拯救是以牺牲部分防御为代价的

研究人员对不同光照条件（弱光条件和充足光照条件）和不同微生物条件（无菌和接种人工合成菌群）下的植物地上地下部分分别进行转录组学分析。他们发现与充足光照相比，弱光条件下微生物定植引起的免疫应答相关基因表达显著下调，表明光照引起的微生物变化在植物的防御中发挥一定的作用。同时，研究人员通过叶片病原菌接种发现，根部定植微生物的拟南芥在弱光条件下对病害的防御能力相比要显著下调（与充足光条件下相比）。