張瑞福教授課題組新進(jìn)展:揭示植物益生菌根際定殖互作模式

????????根際益生菌是微生物肥料的主要菌種來源,高效的根際定殖是其發(fā)揮各種植物益生功能的前提。根際益生菌的定殖包括根際趨化、根系粘附和根表生物被膜形成三個(gè)主要的過程,每一步都是由信號(hào)介導(dǎo)的菌-植互作驅(qū)動(dòng)的。有效鐵是根際環(huán)境中的稀缺資源,菌、植雙方都在極力獲取,根際益生菌在根表形成生物被膜需要鐵元素,主要通過分泌鐵載體從根際土壤中爭(zhēng)奪。根際益生菌一旦在根表定殖形成生物被膜,則可通過其鐵載體和生物被膜基質(zhì)系統(tǒng)持續(xù)為宿主植物提供從土壤中獲取的鐵元素,改善植物鐵營(yíng)養(yǎng)。所以,快速啟動(dòng)益生菌在植物根表的定殖成膜對(duì)植物非常有利,根際益生菌與植物長(zhǎng)期互利進(jìn)化過程中,是否具有促進(jìn)根際益生菌快速定殖的機(jī)制?
????????近日,Nature旗下專業(yè)子刊《自然·微生物學(xué)》(Nature Microbiology)(IF=30.964)在線發(fā)表了沈其榮院士領(lǐng)銜的“土壤微生物與有機(jī)肥”團(tuán)隊(duì)張瑞福教授課題組最新研究成果(Plant commensal type VII secretion system causes iron leakage from roots to promote colonization)。該研究以生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的微生物肥料菌種貝萊斯芽孢桿菌SQR9為研究材料,發(fā)現(xiàn)其VII型分泌系統(tǒng)分泌的YukE蛋白能在菌-植互作早期插入根細(xì)胞膜,導(dǎo)致短暫性的根細(xì)胞中的鐵泄漏,因?yàn)橹参锔?xì)胞中的鐵濃度高于土壤環(huán)境,可為芽孢桿菌啟動(dòng)根表快速定殖提供所需的鐵元素,試驗(yàn)證明這種互作更高效地發(fā)揮了根際益生菌的促生作用。這種“先借后還、借少還多”的“啟動(dòng)費(fèi)”模式,代表了一種全新的根際益生菌-植物之間的互作模式,為根際益生菌為代表的微生物肥料高效發(fā)揮作用提供了理論指導(dǎo)。Nature Reviews Microbiology專門以“Bacterial secretion: An intended leak”為題用一整頁(yè)對(duì)本文的突破性進(jìn)展(exciting advances)以“Research Highlights”形式進(jìn)行介紹。

???????中國(guó)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(課題組博士畢業(yè)生)、碩士畢業(yè)生舒霞(中國(guó)農(nóng)科院在讀博士生)和中國(guó)林科院華北林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心陳淋副研究員(課題組博士畢業(yè)生)為論文共同第一作者,張瑞福教授、劉云鵬副研究員為論文共同通訊作者,該研究同時(shí)得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、中國(guó)農(nóng)科院青年創(chuàng)新專項(xiàng)資助。