植物如何产生抗菌分子来调控细菌的生长和行为
在自然界中，植物与多种细菌共存。这些细菌中，有些是降低植物适应性的病原体，而另一些是促进植物生长和抗逆性的有益细菌。最新研究表明，与植物相关的共生细菌作为一个整体对植物健康至关重要，是植物在自然环境中生存的必需因素。具有不同特性的细菌会同时定植于植物组织。因此，植物需要适应为其提供服务的细菌，同时也需要防御病原体。植物如何实现这一点呢？
2024年6月10日，华中农业大学Kenichi Tsuda团队于Annual Review of Phytopathology发表了题为Regulation of Bacterial Growth and Behavior by Host Plant的综述论文。综述总结了植物如何利用物理屏障、控制共享资源如水和营养物质、以及产生抗菌分子来调控细菌的生长和行为。论文还强调植物利用专门的代谢物质来支持或抑制特定的细菌，从而选择性地招募与植物相关的细菌群落并调节其功能。在未来进一步解析植物选择促进植物健康的微生物群的确切机制将有助于通过部署定制微生物群或调节局部微生物群来实现可持续农业发展。
在自然环境中，植物不可避免地与包括细菌、真菌、卵菌和病毒在内的多样微生物共存。其中一些微生物是植物病原体，会损害植物的生长和繁殖。植物通过已形成的结构性和分子性屏障来抵御病原体，这些屏障在识别到病原体分子后由PRRs和细胞内NLRs诱导产生。PRRs识别PAMPs或MAMPs，以及DAMPs从而激活PTI。NLRs直接或间接识别病原体效应分子，进而激活ETI。尽管NLRs在大多数情况下识别病原体分子，PRRs则无论分子来源于病原体还是共生和有益微生物都可识别。实际上，PRRs有助于维持称为微生物群的健康植物相关微生物群体，并帮助防止菌群失调。因此，植物免疫系统不仅对抗病原体，还保持共生和有益微生物的平衡。微生物群体的重构实验，包括细菌、真菌和卵菌，表明细菌定植对植物在自然环境中生存至关重要。这不仅表明一些细菌是植物的朋友，而且它们是自然环境中植物生命的必要组成部分。因此，植物面临一个两难局面：它们需要细菌定植以生存，但同时也受到某些细菌的攻击。植物如何同时选择性地招募细菌并抵御细菌病原体，控制共生和有益细菌的行为呢？
通过共享资源的变化实现对细菌的调节
图1.通过共享资源调控细菌行为。(a)植物向胞间隙分泌/释放共享资源（例如，糖类、氨基酸和水），从而帮助病原性和非病原性细菌的定植。(b)病原体通过激活宿主的糖类和氨基酸外流转运蛋白以及将效应子AvrE作为水透性通道导入宿主跨膜，增加胞间隙中共享资源的量，从而表现其致病力。(c)当病原体展示其致病力时，宿主植物通过模式触发免疫和/或效应因子触发免疫诱导其免疫反应，进而激活诸如STP13和LHT1等内流转运蛋白，以减少胞间隙中的共享资源量。这导致病原体的致病力和生长受到抑制。实线表示已建立的连接。虚线表示假设/潜在的关联。灰色的转运蛋白未激活。箭头和线条的粗细代表支持或抑制的不同强度。
植物通过代谢物实现对微生物群的调控
图2植物对微生物的选择性调控。(a)植物如何选择性地招募和抑制微生物群落及影响其活性的机制概览。箭头和线条的粗细代表支持或抑制的不同强度。(b)微生物利用植物来源的代谢物质，导致它们的富集和激活，从而促进功能性反应。(c)在生长阶段，宿主植物持续塑造其微生物群，组建一个稳定的微生物群落，这使得植物更易受感染或更具抵抗力。(d)在受到压力时，宿主植物招募并激活特定的微生物，这可能有助于防御，或者在环境阈值超过植物调控能力的情况下，无意中促进病原体感染或加速植物死亡
华中农业大学博士后Satoru Nakagami与硕士生汪哲为本文的共同第一作者，华中农业大学Kenichi Tsuda教授为本文的通讯作者，华中农业大学韩晓伟教授参与了本研究。