用于定植植物的细菌工具包

马克斯·普朗克研究人员采用一种新颖的实验方法，发现了共生细菌在植物宿主中定殖所需的一组核心基因。发表在《自然通讯》上的研究结果可能对于理解细菌如何建立成功的宿主-共生关系具有广泛的相关性。

植物上栖息着各种各样的微生物，包括细菌、古细菌和真菌，它们在植物的根和器官上形成复杂的群落或微生物组。虽然肉眼看不见，但这些微小居民的重要性不容低估。它们在植物营养中发挥着至关重要的作用，影响植物的健康，增强植物对干旱等胁迫因素的耐受性，并帮助抵御病原体。因此，利用这些微生物组合的力量可以有助于实现更加可持续的农业，减少对化肥和农药的依赖。

了解微生物如何在宿主中定殖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，研究人员仍然不太了解多种微生物如何同时定植并与植物相互作用，以成功建立更复杂的宿主共生关系。

这是令人沮丧的，因为有关一种微生物如何与其宿主植物相互作用的信息可能无法代表在微生物群落背景下观察到的复杂现实。挑战本质上是一个技术挑战——如何精确地表征微生物和植物本身中单个菌株的行为。

为了解决这个问题，NathanVannier和StéphaneHacquard从无微生物的拟南芥植物开始，探索了复杂群落中植物根部单个微生物的建立。随后，他们重新引入了一个确定的微生物群落，代表了在野生植物根部观察到的多样性，以研究这些微生物如何在宿主中定殖。

了解这些细菌的身份并配备其遗传物质的参考序列，然后使他们能够表征在植物定殖期间哪些微生物基因被激活或抑制。

这种分析使他们能够鉴定出在根部许多不同细菌中高度表达的大量基因，并选择可能参与宿主定殖的候选基因。一种调节细菌毒力和应激反应;另一个涉及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部定植的能力，但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许多细菌在植物根部持久存在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定植于植物根部的复杂微生物群落的结构和功能组织。所鉴定的基因可能被非常多样化的细菌广泛利用，以在其宿主上定殖并持续存在。

“我们的结果可能为工程有益细菌铺平道路，这些细菌可以有效地定植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，”StéphaneHacquard说。