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在自然土壤中生長的植物往往會(huì)被具有特定群落結(jié)構(gòu)的微生物種群所定殖。當(dāng)中包含了共棲微生物和病原微生物。在定殖過程中，植物經(jīng)過長期進(jìn)化形成一套復(fù)雜的先天免疫系統(tǒng)來保護(hù)自己。先天免疫系統(tǒng)一旦被共棲微生物或病原微生物相關(guān)分子模式(Microbe/Pathogen-associated molecular patterns, M/PAMP)激活，便會(huì)觸發(fā)植物免疫反應(yīng)( (MAMP)-triggered immunity, MTI)，有效地限制病原微生物增殖。然而，如果植物免疫反應(yīng)不加控制，不僅會(huì)抑制植物生長，同時(shí)會(huì)影響其它植物共棲微生物的定殖。那么，植物是如何在不影響對(duì)病原微生物的有效抗性前提下，實(shí)現(xiàn)共棲微生物的多樣性定殖，仍然是未知的。

2021年5月24日，德國馬克斯-普朗克植物育種研究所Paul Schulze-Lefert課題組和我校生科院賈永副教授聯(lián)合在Nature Plants上發(fā)表了題為Coordination of microbe-host homeostasis by crosstalk with plant innate immunity的研究論文，自下而上的揭示了植物根部定殖的共棲微生物調(diào)節(jié)植物的免疫功能。這些共棲微生物間和植物間的微妙互動(dòng)不但影響了宿主對(duì)病原微生物的抗性，也廣義上協(xié)調(diào)共棲微生物與宿主植物免疫的動(dòng)態(tài)平衡。

圖1. 41%的擬南芥共棲微生物可緩解植物免疫激活下根部生長抑制。

論文研究結(jié)果顯示41% (62/151)的擬南芥(Arabidopsis thaliana)根部細(xì)菌可以緩解通過M/PAMPs觸發(fā)的擬南芥根部的生長抑制(Root growth inhibition, RGI)。作者繼而通過對(duì)擬南芥根部合成細(xì)菌群落(synthetic communities/SynComs)的研究，確定了根部細(xì)菌可調(diào)節(jié)植物免疫反應(yīng)(圖1)。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落在根部定殖時(shí)會(huì)改變174個(gè)與根系發(fā)育和養(yǎng)分運(yùn)輸密切相關(guān)的核心基因的表達(dá)。此外，對(duì)植物免疫反應(yīng)有抑制性的SynComs可以特異性下調(diào)宿主植物免疫相關(guān)基因。作者透過(1)接種對(duì)植物免疫反應(yīng)有抑制性的SynComs或(2)突變宿主植物共生時(shí)下調(diào)的轉(zhuǎn)錄因子MYB15，皆得出植物對(duì)機(jī)會(huì)性假單胞病原菌(Pseudomonasspp.)更加易感的結(jié)果。

不同的SynComs分別通過誘導(dǎo)或抑制MTI反應(yīng)來調(diào)節(jié)宿主植物對(duì)病原微生物的易感性。因此，作者提出了一個(gè)變阻器模型(圖2)，在該模型中，植物允許多樣的“微生物群落共棲”，主要是由于共棲微生物(具有MTI活性調(diào)節(jié)能力)相互作用可以緩沖植物免疫系統(tǒng)對(duì)病原微生物防御和免疫反應(yīng)帶來生長抑制之間的矛盾，最終建立共棲微生物-寄主植物的體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。

圖2微生物群落共棲“變阻器模型”

綜上所述，該研究首次探討了植物是如何在不影響對(duì)病原微生物有效抗性的前提下，實(shí)現(xiàn)共棲微生物的多樣性定殖，為植物免疫系統(tǒng)-共棲微生物-病原微生物三者關(guān)系的研究提供了新的方向與思路。

本文是以德國馬克斯-普朗克植物育種研究所博士后Ka-Wai Ma、Yulong Niu和南京師范大學(xué)副教授賈永(Yong Jia)為本文的共同第一作者；德國馬克斯-普朗克植物育種研究所Ruben Garrido-Oter和Paul Schulze-Lefert教授為本文共同通訊作者。本研究得到了國家留學(xué)基金、德國DFG基金的經(jīng)費(fèi)支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-021-00920-2

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