Nature子刊：细菌在植物上定居的工具箱

利用一种新颖的实验方法，马克斯普朗克的研究人员发现了共生细菌在植物宿主中定植所需的一组核心基因。这些发现可能对理解细菌如何建立成功的宿主-共生关系具有广泛的意义。

植物被各种各样的微生物定植，包括细菌、古生菌和真菌，这些微生物在植物的根和器官上形成复杂的群落或微生物群。虽然肉眼看不见，但这些微小居民的重要性不容低估。它们在植物营养中起着至关重要的作用，影响植物的健康，增强植物对干旱等逆境因素的耐受性，并帮助抵御病原体。因此，利用这些微生物组合的力量可以促进更可持续的农业，减少对化肥和农药的依赖。

了解微生物如何定植宿主是设计和应用具有有益功能的微生物组的先决条件，为此，科学家经常研究单个微生物如何与植物相互作用。然而，研究人员仍然没有很好地了解多种微生物如何同时定殖并与植物相互作用，从而成功建立更复杂的宿主-共生关系。这是令人沮丧的，因为关于一种微生物如何与宿主植物相互作用的信息可能不能代表在微生物群落背景下观察到的复杂现实。这个挑战本质上是一个技术上的挑战——如何在一堆微生物和植物本身中精确地描述单个菌株的行为。

为了解决这个问题，第一作者Nathan Vannier和st<s:1> phane Hacquard从无微生物的芥蓝植物开始，探索了在复杂群落的植物根部建立个体微生物的方法。随后，他们重新引入了一个定义好的微生物群落，代表了在野生植物根系中观察到的多样性，以研究这些微生物是如何在宿主体内定居的。了解这些细菌的身份，并为其遗传物质提供参考序列，使他们能够表征在植物定植过程中哪些微生物基因被激活或被抑制。这种分析使他们能够鉴定出许多在根中许多不同细菌中高度表达的基因，并选择可能参与宿主定植的候选基因。一个调节细菌毒力和应激反应;另一个参与跨膜聚合物运输和一组共同发挥磷酸盐传感器作用的基因。细菌中任何三个基因的突变都会阻碍它们在根上定植的能力，而不会影响它们在培养基中的生长。因此，作者的方法使他们能够识别出许多细菌在植物根部存活所需的一组核心基因。

Hacquard和他的团队使用的策略使他们能够了解在植物根部定居的复杂微生物群落的结构和功能组织。鉴定出的基因可能被各种各样的细菌广泛利用，在它们的宿主上定植并持续存在。

“我们的研究结果可能为工程有益细菌铺平道路，这些有益细菌可以有效地定殖宿主生态位并促进宿主健康。这不仅对可持续农业有影响，而且对医学科学的进步也有影响。