【原】微生物植物互作新进展：种子内生菌改变水稻的抗病能力

微生信生物 2021-01-22

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好事总会发生在下一个转弯

种子内生菌改变水稻的抗病能力

Bacterial seed endophyte shapes disease resistance in rice

第一作者：
Haruna Matsumoto
通讯作者：
Tomislav Cernava and Mengcen Wang

摘要

在世界范围内，谷物作物生产受到种子细菌性病害的严重影响。各种作物在当地发生的抗病性仍然难以捉摸。在这里，我们观察到同一品种的水稻植株在相同的病原菌压力下可以分化成抗病和易感的表型。在鉴定出一种种子内生细菌作为耐药剂之后，高通量数据、基因突变和分子相互作用分析的整合促进了潜在作用模式的发现。鞘氨单胞菌在抗病水稻种子中积累和跨代传播，通过产生邻氨基苯甲酸来抵抗疾病易感表型。在不影响细胞生长的情况下，邻氨基苯甲酸干扰种子传播病原体植物伯克霍氏菌基因，可能导致毒性因子生物合成所需的上游级联损伤。总体研究结果突出了种子内生菌在“病害三角”的植物病理学范式中隐藏的作用，包括植物、病原体和环境条件。这些见解对于受到全球广泛传播的细菌性疾病威胁的现代作物栽培具有潜在的开发价值。

Cereal crop production is severely affected by seed-borne bacterial diseases across the world. Locally occurring disease resistance in various crops remains elusive. Here, we have observed that rice plants of the same cultivar can be differentiated into disease-resistant and susceptible phenotypes under the same pathogen pressure. Following the identification of a seed-endophytic bacterium as the resistance-conferring agent, integration of high-throughput data, gene mutagenesis and molecular interaction assays facilitated the discovery of the underlying mode of action. Sphingomonas melonis that is accumulated and transmitted across generations in disease-resistant rice seeds confers resistance to disease-susceptible phenotypes by producing anthranilic acid. Without affecting cell growth, anthranilic acid interferes with the sigma factor RpoS of the seed-borne pathogen Burkholderia plantarii, probably leading to impairment of upstream cascades that are required for virulence factor biosynthesis. The overall findings highlight the hidden role of seed endophytes in the phytopathology paradigm of ‘disease triangles’, which encompass the plant, pathogens and environmental conditions. These insights are potentially exploitable for modern crop cultivation threatened by globally widespread bacterial diseases

主要结果

图一不同的地理来源的水稻可区分表形来抵抗疾病
图二水稻种子内层普遍存在细菌属

-图三鞘氨单胞菌产生的抗病必需信号分子的筛选和鉴定

图四鞘氨醇单胞菌派生的氨基酸生态学功能
图五转录组分析和在细胞的碱基对作用上产生干扰的氨基酸的SPR分析

根际互作生物学研究室简介

根际互作生物学研究室是沈其荣教授土壤微生物与有机肥团队下的一个关注于根际互作的研究小组。本小组由袁军副教授带领，主要关注：1.植物和微生物互作在抗病过程中的作用；2 环境微生物大数据整合研究；3 环境代谢组及其与微生物过程研究体系开发和应用。团队在过去三年中在 isme J， Microbiome， PCE，SBB，Horticulture Research等期刊上发表了多篇文章。欢迎关注微生信生物公众号对本研究小组进行了解。