Nature Microbiol | 南京农业大学张瑞福团队揭示植物益生菌根际定殖过程中全新的菌-植互作模式

对铁的竞争是根际微生物生态位建立的重要因素。致病和有益的共生细菌利用不同的分泌系统与宿主相互作用，并从环境中获取有限的资源。芽孢杆菌是重要的植物共生体，编码VII型分泌系统(T7SS)。然而，该分泌系统在根细菌与植物相互作用中的功能尚不清楚。

2023年5月29日，南京农业大学张瑞福及中国农业科学院刘云鹏共同通讯在Nature Microbiology（IF=30.9）在线发表了题为“Plant commensal type VII secretion system causes iron leakage from roots to promote colonization”的研究论文，该研究使用贝莱斯芽孢杆菌SQR9（Bacillus velezensis SQR9）来证明T7SS和主要分泌蛋白YukE对根定植至关重要。

植物实验和基于脂质体的实验表明，在接种前期，分泌的YukE可插入植物质膜，导致根铁渗漏。铁可用性的增加促进了SQR9的根定植。总的来说，该研究工作揭示了以前未描述的T7SS在有益的根细菌中促进定植和植物-微生物相互作用的作用。

有效的定殖是微生物对其宿主发挥潜在毒性或有益功能的必要条件。由于土壤微生物的高度多样性和激烈的竞争，快速定植对于土壤细菌占领根部营养丰富的生态位至关重要。植物促生根瘤菌（PGPRs）由于具有多种植物有益特性，在农业生产中得到了广泛的应用。这些非共生的有益根瘤菌原生栖息于根际，并以多种方式应用于植物，如调节植物发育、增强胁迫耐受性、增加养分有效性和刺激植物免疫力。

铁在植物生长、发育和防御中起着至关重要的作用，也是根际的一种有限资源，在根际，居住的微生物争夺这种必需的矿物质营养。植物病原体从宿主细胞中获取铁，而植物利用铁保留策略来对抗病原体感染。PGPRs具有铁动员能力，可以促进植物对铁的吸收。PGPRs在植物根部定植并形成生物膜也需要足够的铁。

拟南芥细胞表面YukE的功能和位置（图源自Nature Microbiology ）

为了与宿主建立相互作用，一系列与动物和植物相关的致病细菌和共生细菌已经发展出独特的分泌系统，将某些蛋白质通过膜或疏水结构转移到细胞外空间。其中，VII型分泌系统(T7SS)是厚壁菌门和放线菌门所特有的。最近的研究表明，结核分枝杆菌T7SS分泌的核心蛋白EsxA在T7SS介导的毒力中起核心作用，包括吞噬体膜的扰动。T7SS在芽孢杆菌中也有保守性,yuk/yue操纵子编码T7SS分泌YukE，与分枝杆菌中的EsxA同源。

迄今为止，T7SS芽孢杆菌的生物学和生物生态学功能尚不清楚。贝莱斯芽孢杆菌SQR9是一种被充分研究的PGPR，它定殖于根并通过促进生长和控制疾病对植物有益。贝莱斯芽孢杆菌SQR9利用铁载体和特异性铁ABC转运体获取铁，从而支持生物膜的形成和根的定植。该研究发现贝莱斯芽孢杆菌SQR9的T7SS及其分泌的蛋白YukE导致植物根系中铁的渗漏，这有助于贝莱斯芽孢杆菌SQR9在根系定植。该研究进一步发现，T7SS分泌的YukE可能通过直接插入根质膜导致根铁渗漏。总的来说，该研究工作揭示了以前未描述的T7SS在有益的根细菌中促进定植和植物-微生物相互作用的作用。

中国农科院农业资源与农业区划研究所刘云鹏副研究员（课题组博士毕业生）、硕士毕业生舒霞（中国农科院在读博士生）和中国林科院华北林业实验中心陈淋副研究员（课题组博士毕业生）为论文共同第一作者，张瑞福教授、刘云鹏副研究员为论文共同通讯作者，该研究同时得到国家自然科学基金、国家重点研发专项、中国农科院青年创新专项资助。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-023-01402-1

转自：“iNature”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！