项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力_新闻动态_代谢组学_空间代谢组学_离子组学_卵白质组学

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力

宣布时间 2024-03-01

文章问题：RIN enhances plant disease resistance via root exudate-mediated assembly of disease-suppressive rhizosphere microbiota

揭晓期刊：Molecular Plant

影响因子：27.5

相助单位：南京农业大学

beat365正版唯一官网提供效劳：GC-MS非靶标代谢组学

研究配景

全球规模内植物病虫害呈上升趋势，造成高达30%的全球作物收获损失，迫切需要更有用的害虫防治要领。实现这一目的的一种要领是通过将抗性基因（R基因）引入植物基因组，培育或基因工程作物植物，使其对病原体更具抗性，这可以资助植物检测病原体相关分子模式(Pathogen-associated molecular pattern, PAMPs)并启动PTI触发免疫(Pattern-triggered immunity, PTI)，或识别病原体效应卵白并引发效应触发免疫(Effector-triggered immunity, ETI)。成熟抑制因子(Ripening Inhibitor, RIN)转录因子是控制果实成熟的要害调控因子。虽然RIN也影响其他心理历程，但其在触发与根际微生物群相互作用和植物康健方面的潜在作用尚不清晰。在这项研究中，作者测试了番茄成熟抑制因子(Ripening Inhibitor, RIN)对根际微生物介导的青枯罗尔斯顿菌抗病性的潜在孝顺__，番茄乙烯受体基因的突变可以显著改变根际细菌群落的组成__，而其他研究则将乙烯途径与细菌和线虫类群通过根渗透物的差别吸引力联系起来___。因此__，作者假设RIN可能通过乙烯途径__，通过改变控制重大植物-病原体-微生物相互作用的根渗透模式__，间接增进对茄枯菌的抗病性___。

研究效果

1、RIN加入微生物组介导的疾病抗性

作者首先测试了野生型(Wild Type, WT)和等位基因RIN突变番茄植株(以下简称“rin”)抗番茄枯萎病的抗病能力。发明除了增进果实成熟（图1 A）外，RIN还略微提高了无菌土中植物的抗病性，与rin植物相比，WT植物的疾病严重水平（图1 B）和病原体品貌（图1 C）较低。而在自然微生物群保存的情形下，WT中疾病严重水平（图1 D）和病原体品貌（图1 E）显着降低。这批注，RIN对抗病性的影响也是通过与自然根际微生物群的相互作用实现的。

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图2)

图1. RIN依赖的抗病性由植物基因型和自然根际微生物群之间的相互作用介导

2、野生型和rin突变体根际微生物群在组成和功效上保存显着差别

为了更好地相识根际微生物群在抗病性中的作用，作者使用宏基因组学研究了WT和rin植株在结实期微生物群的差别，发明虽然少数细菌门富含RIN微生物组，但放线菌门的RIN相对品貌显着低于WT植物。别的，茄枯菌和放线菌的相对品貌呈负相关（图2 C），批注放线菌可能通过抑制番茄红霉的生长来降低疾病的严重水平。WT植物细菌微生物组也越发多样化，并且具有更多毗连的协同网络，边和节点更多，路径长度更短（图2 D），放线菌在WT和rin微生物组共现网络中形成了明确界说的簇（图2 D）；在WT植物中驱动微生物组结构的13个属中，有9个属属于放线菌（图2 E），批注放线菌在植物发育中的作用在WT中比在rin中更显着。在苗期和花期，WT和rin植物之间的分类和功效差别已经显着与我们在图1 B-E视察到的微生物介导的疾病严重水平降低的差别一致。这些效果批注，RIN可能通过放线菌的富集影响番茄根际微生物组的组装和抗生素基因的相对品貌。

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图3)

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图4)

图2. 宏基因组测序数据显示RIN增添了放线菌和与抗生素相关的功效基因的相对品貌

3、RIN介导的抑制微生物群与差别的根渗透物有关

为了更好地从机制上明确为什么WT植物与差别的微生物群和更高的放线菌品貌相关，作者重点剖析了番茄根系渗透物的差别。通过水培试验，发明rin植株的根系渗透模式爆发了显着的转变。别的，rin植物渗透液中脂肪酸的品貌较高，但有机酸、醇、核苷酸和糖的品貌较低（图3 B）。据报道，根渗透物可以塑造宿主相关微生物群和宿主康健，作者较量了WT和rin植物根渗透物在结实期对统一自然土壤微生物组组成的影响，发明WT和rin植物渗透物对细菌群落组成的影响差别（图3 D），并且相关于rin渗透物，WT渗透物更显着地增添了放线菌的相对品貌（图3 E）;这些效果批注，与rin植物相比，WT植物根系渗透物更显着地增添了放线菌的相对品貌。

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图5)

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图6)

图3. 病原抑制放线菌的招募是由番茄根系渗透物驱动的

4、两种要害的根渗透物：核黄素和3-羟基黄酮__，通过招募抗病链霉菌加入疾病抑制

为了探讨差别根渗透物是否会导致疾病严重水平的转变，作者重点研究了五种化合物:核黄素、3-羟基黄酮、水杨酸、槲皮素和酒石酸（图3 C）。作者测试了这五种化合物在自然番茄根际微生物群保存的情形下对疾病严重水平的间接影响。效果发明，施用核黄素可部分降低疾病严重水平，而经由3-羟基黄酮处置惩罚的rin植物则体现出更洪流平的疾病严重水平降低（图3 F），批注这两个化合物对病原体有间接的负面影响。为了验证这一点，作者单独较量了核黄素和3-羟黄酮对番茄根际微生物组组成的影响，效果两种化合物对自然土壤微生物组的调理显著改变了细菌群落组成（图3 G），导致放线菌的相对品貌增添（图3 H）。这些效果批注，RIN对微生物组介导的抗病和放线菌招募的影响可以通过3-羟黄酮和核黄素的渗透来诠释，这两种物质从幼苗期最先在WT植物根际中就较量富厚。为了直接验证放线菌对番茄红霉生长的拮抗作用和对番茄病害的缓解作用，从WT植株结实期根际土壤中疏散出了143株放线菌。其中，48株链霉菌在室内平板实验中显着抑制了番茄红霉的生长，45株(93.8%)在温室实验中显著降低了植株的病害严重水平（图4），批注放线菌门通过直接抑制病原体在微生物介导的抗病性中施展要害作用。

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图7)

图4. 链霉菌对茄青霉病原菌抑制作用的验证

5、RIN对疾病抑制菌群召募的影响可能与乙烯敏感性有关

由于RIN位于乙烯信号通路和其他已知的主要心理通路之间，作者展望RIN对根际微生物群的影响可能是由于RIN对乙烯的响应降低所致。为了研究乙烯在疾病严重水平和放线菌招募中的作用，作者使用了ERF过表达的番茄突变体，该突变体过表达乙烯应答转录因子ERF-A3，并体现出乙烯过敏和增强的抗病性。发明相关于WT植物，ERF-A3-OE植株的疾病严重水平显著降低（图5 A），并且对根际细菌微生物群的功效和结构特征有显著影响（图5 B-D）。与WT和rin植物相比，ERF-A3-OE植物体现出显着改变的根渗透模式（图5 F），并且3-羟基黄酮和核黄素的渗透有所增添（图5 G）。因此，RIN效应可能与对乙烯的敏感性以及除放线菌外的其他抑制微生物的潜在招募有关。

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图8)

图5. RIN和ERF.A3对结实期植物抗病性、根际微生物组成和根系渗透物的影响

6、RIN功效的损失还会导致抗病性降低和抑制疾病的微生物群的组装受损

作者在实验中使用的通例rin突变体是rin的功效增益突变体，它爆发一种抑制果实成熟的卵白质。作者用另一个番茄品种(S.lycopersicum cv.)重复了实验。在此配景下，Ailsa Craig（以下简称“AC”）和两个纯合的rin-KO突变系（以下简称“rin-KO-line1”和“rin-KO-line2”）证实了在微生物群缺失和保存的情形下，RIN在疾病生长中的作用。与rin植物类似，在无菌和自然土壤中，与AC WT相比，rin-KO突变体具有更高的疾病易感性并含有更多的病原体（图6 A-D）。别的，在植物发育历程中，微生物群对疾病严重水平的相对影响增添，而对植物基因型的相对影响坚持稳固(图6 E和F)。这批注敲除RIN也降低了AC品种中微生物组介导的抗病能力。最后，作者使用16S-rRNA扩增子测序和非靶向代谢组学手艺较量了rin-KO突变体与rin突变体对番茄根际微生物群群集的影响__，以及两株突变体中核黄素和3-羟黄酮渗拖喙啬差别___。试验效果批注__，抑制或敲除RIN对番茄根系渗透物和疾病抑制微生物群的召募有类似的影响（图7）___。

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图9)

图6. rin-KO突变体在缺乏和保存自然微生物群的情形下都体现出较低的抗病性，这与根系渗透和抑制疾病的微生物群的群集受损有关

项目文章(IF=27.5) | RIN基因新发明：通过根际渗透物塑造抑菌微生态，提升植物免疫力(图10)

图7. 通过根渗透物介导的疾病抑制菌群召募，总结了RIN在植物免疫中的作用的示意图

研究结论

本研究发明植物发育基因可以通过对植物根系渗透物和微生物组组装的影响来控制微生物组介导的抗病性，从而使植物能够使用微生物组编码的基因和功效。这可能为全生物水平的育种铺平蹊径，其目的是将植物遗传与相关的有益微生物相匹配。本研究判断出的要害化合物核黄素和3-羟黄酮可以提高微薄毛囊WT植株的抗病性，这批注维生素和黄酮类化合物可能作为益生元应用于改善植物康健。在未来，需要做更多的事情来相识差别类型的根渗透物之间的潜在协同作用，以及它们怎样配合驱动放线菌外微生物群的功效。

上一篇：Cell | CUHK于君团队最新研究成... 返回列表下一篇：别落伍 | 6天get代谢组学！原理+实...