植物感知和应对生物和非生物胁迫的能力对其正常的生长发育至关重要。近日，瑞士苏黎世联邦理工大学微生物研究所科学家鉴定出一组由叶部微生物群成员一致诱导的核心基因，称为广义非自身响应（GNSR）基因，这些GNSR基因反过来会影响叶部微生物群的组成。某些受这种基因影响的菌株会引发植物的强烈响应，这表明GNSR是一个动态系统，能够调节特定菌株的定殖能力。为了解释GNSR是否通过影响微生物群的组成而产生反馈作用，研究人员通过对拟南芥一些GNSR突变体的叶片微生物进行细菌16S rRNA测序，分析了接种后3.5周后叶部微生物的组成（由137种具有代表性的细菌菌株组成），所测试的GNSR突变体基因包括影响次生代谢物合成（IGMT3、CYP71A12、CYP71A13和GSTF6）、pH与离子稳态（CHX16）、气孔免疫（PRX71）以及参与防御的其他过程（AT2G43620、CRK14、CRK6和MLO12）的基因。这些突变体中，igmt3、cyp71a12 cyp71a13、gstf6、chx16、at2g43620和mlo12 在病原体感染后被侵害的程度更大，进一步分析菌株的相对丰度变化发现，有8-16%的菌株丰度显著改变（P ≤ 0.05），其中79%的菌株在突变体中丰度增加，仅21%的菌株丰度下降（图1）。研究人员进一步评估了igmt3、chx16、cyp71a12 cyp71a13和mlo12四个GNSR突变体的菌株定殖动态，特别是在早期阶段的定殖情况。选择了三种菌株进行观察，包括Arthrobacter Leaf137、Serratia Leaf50以及叶部病原菌Pst。结果表明，在接种后的第一天，Arthrobacter Leaf137在chx16和cyp71a12 cyp71a13突变体中的定殖水平分别是野生型的约7倍和11倍；Serratia Leaf50在cyp71a12 cyp71a13和mlo12中的丰度分别是野生型的5倍和9倍。这些效应在接种两天后逐渐减弱，突变体和野生型植物上的细菌丰度趋于一致。然而，Pst在突变体中的丰度在两天内显著增加，例如在chx16和mlo12中增加了7倍，在cyp71a12 cyp71a13中更是达到了野生型的120倍。这些观察结果表明，GNSR基因受到微生物群诱导，并通过抑制具有多样生活方式的个体菌株的定殖，从而反馈调节微生物群的组成，维持微生物群的稳态。为了研究GNSR诱导的动态，将无菌的拟南芥幼苗接种了两个不同门的叶部微生物组菌株，评估了细菌定殖水平和GNSR基因的诱导情况，观察了九天的时间变化。选择了能够显著或中度重新编程植物转录组的菌株Arthrobacter Leaf137和Rhizobium Leaf68，其中，Arthrobacter Leaf137因其在微生物组环境中对GNSR突变体的丰度增加以及在早期单一菌株共存中的表现（图2）而备受关注。通过实时定量PCR（RT-qPCR）测量了CYP71A12（AT2G30750）的表达，该基因不仅代表整体宿主反应，还在微生物组组分中发挥作用，影响个体菌株的定殖。Rhizobium Leaf68在定殖的前4-7天内增加了丰度，直到达到植物的承载能力。而Arthrobacter Leaf137仅在接种后1天内就达到了其最大种群规模，表明该菌株能够快速定殖叶片（图3），与图2中数据一致。这两种菌株定殖动态的差异体现在CYP71A12和AZIL的诱导上（图3），9天定殖后的细菌丰度和GNSR诱导水平与之前的研究一致，该结果表明，GNSR的诱导随着细菌丰度和时间的增加而增强，暗示植物定殖期间的响应强度受到细菌暴露的程度和持续时间影响。最后研究人员用五种微生物组菌株以不同接种浓度（跨越4个数量级）接种了野生型拟南芥幼苗，并在定殖一天后评估了细菌丰度和CYP71A12的诱导水平。结果发现，GNSR基因被诱导后的表达水平受到微生物接种剂量的影响，且早期强度和动态具有菌株特异性，在GNSR基因之间存在差异，突出了植物对微生物组信号的动态响应。该研究表明，GNSR基因表达受到植物叶片微生物群丰度的影响，能够动态调节个体菌株的定殖能力平衡植物微生物群的组分，进而在维持植物正常发育中发挥关键作用。https://doi.org/10.1038/s41477-024-01856-z为了不让您最关心的内容被湮没
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