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阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology）Maged M. Saad博士团队近日在PNAS发表研究论文：Cristina Andrés-Barrao, Hanin Alzubaidy, RewaaJalal, Kiruthiga G. Mariappan, Axel de Zélicourt, Ameerah Bokhari, OlgaArtyukh, Khairiah Alwutayd, Anamika Rawat, Kirti Shekhawat, MaríliaAlmeida-Trapp, Maged M. Saad, Heribert Hirt. Coordinated bacterial and plantsulfur metabolism in Enterobacter sp. SA187-induced plant salt stress tolerance. PNAS, 2021, 118(46):e2107417118. 摘要 【背景】 肠杆菌属（Enterobactersp.）SA187是一株植物根系内生细菌，能够增强宿主植物对非生物胁迫的抗性，维持植物的生长和产量。本研究利用转录组测序技术，比较了拟南芥（Arabidopsis）和SA187在独立培养和共生互作状态下的代谢通路。 【主要结果】 1) 与Arabidopsis建立共生后，SA187趋化性、鞭毛合成、群体感应、生物膜形成相关基因的表达显著改变；除了碳代谢和能量代谢外，SA187中多个养分和代谢物转运蛋白，以及整个硫（S）代谢途径上调。 2) 在盐胁迫下，拟南芥重新编码了S代谢相关调节子；多个拟南芥S代谢突变株对盐胁迫敏感度增加，其表型能够部分或全部被SA187挽救；SA187的功能与外源添加硫酸盐、L-半胱氨酸、L-甲硫氨酸类似；拟南芥中多个定位于叶绿体的S代谢组分能够部分被SA187挽救。 3) 盐胁迫下的拟南芥LSU突变株中活性氧（ROS）迸发和超敏感表型能够被SA187挽救，LSUs编码连接S代谢和叶绿体超氧化物歧化酶（FSD2）活性的中心调节因子。 【研究意义】 有益微生物和宿主植物S代谢的协同调节是拟南芥盐胁迫抗性所必须的；而且可能是不同有益微生物缓解不同非生物胁迫对植物伤害的常见机制。 重要性 尽管PGPB能够促进植物生长、增强植物抗性，但其作用机制却了解较少。本研究证明Enterobactersp. SA187和Arabidopsis的S代谢协同作用，促进植物对盐胁迫的抗性。盐胁迫诱导植物S饥饿响应，而S饥饿响应能够被SA187缓解。植物体内大多数S代谢发生于叶绿体，并且与胁迫诱导的ROS积累有关。SA187能够抑制盐胁迫诱导的ROS积累。本研究表明植物对盐胁迫的抗性需要植物和有益微生物S代谢的协同作用。 思维导图
文中关键图 图1 实验设计及Enterobacter sp. SA187在共生/盐胁迫条件下的基因表达
图2 与Arabidopsis建立共生后Enterobacter sp. SA187中S代谢相关基因的表达
图3 盐胁迫下Enterobacter SA187对Arabidopsis野生型和不同突变株的影响
图4 Enterobacter sp. SA187协同调节Arabidopsis的S代谢和乙烯信号
思考与感悟 本研究的实验设计比较简单，主要包括了独立培养和共生互作状态下的Arabidopsis和Enterobactersp. SA187的转录组分析。研究假设是基于前期结果，SA187合成的KMBA能够被植物转化为乙烯及甲硫氨酸和半胱氨酸，进而增强Arabidopsis对盐胁迫的抗性，提出SA187与Arabidopsis的S代谢协同发挥作用，帮助Arabidopsis抵御盐胁迫。本研究详细研究了Arabidopsis的代谢通路在盐胁迫/SA187定殖时的变化，以及SA187的代谢通路在与Arabidopsis共生时的变化，成功地证明了假说。 |
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