中科院遗传所王国栋/白洋合作揭示新进化的植物特异性代谢产物对根系微生物组的调控作用

植物产生超过20万种代谢物 (主要是指分子量小于1,000的化合物)，这些代谢物在植物的生活史中发挥着重要的生理功能。由于植物是固着生长，而根系周围有大量的微生物（微生物组），长期以来人们认为植物代谢物在植物与根系微生物互作方面发挥着重要的作用。但迄今为止，关于植物如何利用自身特异的代谢物来调控根系微生物的组成还鲜有报道。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋课题组和白洋课题组合作在Science China Life Sciences 发表了题为 Recently duplicated sesterterpene (C25) gene clusters in Arabidopsis thaliana modulate root microbiota的研究论文，揭示了植物自身利用新进化的特异性代谢产物对根系微生物组的调控作用。

在前期的研究中，王国栋课题组鉴定了十字花科保守的二半萜生物合成基因簇（GFPPS-TPS-P450）。同时发现，拟南芥（Arabidopsis thaliana）中新进化获得的两类二半萜化合物的生物合成能力（图1中TPS25的产物为Compound 3和TPS30的产物为Compound 4，结构上两种化合物都具有五环二半萜骨架），而且这两种化合物特异性地在根部积累。

图1. 拟南芥中新进化的二半萜化合物调控根系微生物组。A和B表示拟南芥新进化（特有）的两个二半萜生物合成GFPPS-TPS-P450基因簇和对应生成的二半萜（C25）化合物。C表示两种二半萜化合物对根系微生物组组成的调控既有特异性，也有共性。

通过与白洋课题组合作，比较自然土中生长的野生型（Col-0）和不同的TPS25、TPS30突变体的根系微生物组，发现野生型和TPS25、TPS30突变体形成了显著不同的根系微生物组。有意思的是，tps25和tps30单突变体根系微生物组的变化具有比较大程度的交叉，暗示植物利用次生代谢物调控根系微生物组成可能存在构效关系，即结构类似的化合物具有类似的调控微生物组成功能。植物次生代谢物尽管结构繁多，但大体可以分为含氮有机物、萜类化合物和酚类化合物等几大类。本研究为深入研究植物如何利用自身特异的代谢物来调控根系微生物的组成奠定基础。

据悉，王国栋课题组陈庆文博士和白洋课题组的姜婷博士为该文章的共同第一作者，王国栋研究员和白洋研究员为通讯作者。