导读
大家好，今天给大家分享的是西悉尼大学HongweiLiu等人在年12月发表于NewPhytologist的一篇文章。
在这篇文章中，作者采用综合微生物群落谱、病原物和植物转录基因定量和培养的方法，系统地研究了小麦植株、小麦相关微生物和Fusariumpseudograminearum(Fp)之间的三方互作。在受Fp感染的小麦根际和根内圈中，观察到一种优势细菌Stenotrophomonasrhizophila(SR80)的明显富集现象，当小麦受到病原菌的侵染后，向土壤中重新引入SR80，会增强小麦植株的生长，通过增强植株地上部分的生长从而防御病原菌的侵染。1
植物受到F.pseudograminearum的侵染后激活了防御信号通路
在田间共采集了58株植物进行田间试验。其中有40株没有表现出冠腐的症状，18株表现出不同严重程度的冠腐症状(图1a)。该研究对Tris5基因（被Fp侵染的植物）进行qPCR定量分析，根据茎基部变色程度判断植物体发病程度(图1b)，结果表明有明显冠腐症状的植物比无症状的植物具有更高的病原菌数量。此外，Fp含量与茎基部组织真菌总量呈线性相关。参与植物防御信号通路的基因（PR2、PR3、PR4a、PR5、PR10）、TaPAL和脂肪酶，在被Fp侵染植株的顶部叶片中得到了高表达(图1c-j)。这些基因是小麦JA和SA信号通路激活的标记物，转录丰度与茎组织Fp负荷呈线性正相关，相反，基因TaNPRI和WCI3的表达不受Fp的影响(图1k-l)。综上所述Fp激活了小麦的JA和SA防御信号通路。
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健康小麦和发病小麦的微生物组结构不同
为了研究病原菌侵染对小麦根际和根内层微生物群落的影响，对小麦根际和根内层细菌和真菌群落进行了监测，alpha多样性从散体土壤到根系呈梯度下降。健康和病株根际和根际微生物群落的alpha多样性没有差异，根内圈微生物组成略有不同。此外，根际土壤真菌群落组成在健康植物和感病植物之间有差异显著，进一步分析发现，OTU(根际)丰度与病株茎组织Fp含量正相关，这在无症状植物中不太明显，同样，该细菌在根内层的丰度也与Fp丰度呈正相关，占根内细菌群落的11.4%(图2d)。这些结果表明，小麦相关微生物组在响应Fp时发生了显著的变化，并对嗜食单胞菌具有特异性富集作用。3
细菌分离鉴定和全基因组测序
从被Fp感染的植物根际分离得到株细菌，其中，7株分离物被鉴定为Stenotrophomaspp.，通过16SrRNASanger测序，这些菌株属于四种不同的菌株，Amplicon测序数据还显示，不同的Stenotrophomonas物种或菌株在根际定殖，SR80与OTU和OTU的序列具有%的核苷酸相似性，然后对SR80的全基因组进行测序和分析，SR80与OTU和OTU具有%的序列相似性。这表明，SR80在Fp感染后的小麦中富集。4
SR80促进植物生长和防御病原菌
为了评估SR80是否影响小麦的生长和防御，在温室试验中用SR80处理了被Fp侵染的硬粒小麦，与未接种SR80对照相比，接种SR80显著促进了植株生长，并保护植株不受Fp的侵染(图3a,b,c,d)。SR80接种15天后，植株地下(根，+%)和地上(枝，+%)、生物量均显著增加。在被Fp感染小麦上接种SR80，小麦植株存活率显著高于未接种组。Fp+SR80处理的植株生物量比Fp处理的有所增加(图3c,d)。SR80在土壤和琼脂平板上对Fp均无明显抑制作用，说明直接抑制该病原菌并不是该菌有利于小麦生存和生长的机制，SR80可能参与调节植物防御基因的表达。为了验证这一假说，在温室中同时接种了病原菌Fp和SR80，并检测了与植物防御信号通路相关标记基因的表达情况。我们发现，SR80在土壤中存在时，小麦的JA和SA信号通路在只有Fp存在时才会显著激活。
结束语
综上所述，小麦植株感染冠腐病会导致一种有益的根际微生物的富集，这种微生物有可能通过调节植物的防御能力来帮助植物生长和保护植物。富集菌可作为一种预警剂，在病原菌入侵植物时迅速激活JA和SA信号通路。本研究为植物-微生物相互作用研究提供了新的思路，为植物-微生物共生的共同进化理论提供了有力的支持。
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