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作者：张金龙，南京农业大学在读硕士研究生，主要研究微生物VOCs。
原文概览 根际是根-土交界面，受植物根系及土壤微生物的代谢活动直接影响的2-10 mm的土壤微域。根际中的植物-微生物相互作用对植物生长和健康十分重要，可促进粮食生产、维持生态平衡和环境稳定。挥发性化合物VOCs是植物和微生物小分子代谢物之一。VOCs的扩散性强，很容易地通过土壤孔隙进行长距离扩散，在植物发育、微生物生长和菌植互作等生物学过程发挥重要作用。近期，Kulkarni等通过创制动态气流装置来探究了植物根系挥发物的多样性和功能，相关结果发表在Nature Chemical Biology上。作者利用反向遗传学和扩增子测序研究发现，茉莉酸甲酯（MeJA）是植物根系产生的关键VOCs，可促进周围土壤中复杂微生物生物膜的形成，并影响了细菌的生长和组成。 茉莉酸甲酯（MeJA）是茉莉酸的衍生物之一，具有可溶性和挥发性两种形态。MeJA是关键信号分子，在植物响应各种胁迫时常发挥重要作用。该研究发现，MeJA能驱动根际细菌，特别是有益菌生物膜的形成（图1），形成生物膜的有益菌，在受MeJA刺激后，进一步可释放出促进植物生长的VOCs。当前主流观点认为陆生植物是微生物相互作用的被动接受者，该研究揭示了VOCs介导的植物-微生物共生的新模式（图1）。该研究发现植物可通过释放MeJA信号物质，主动协调根系附近的微生物群落，进一步证实植物-微生物互惠互作是双向的、彼此影响的。
MeJA属于氧磷脂类化合物，蕨类植物、苔藓和部分种子植物均可产生该物质。这说明植物合成MeJA的能力在进化上是相当保守的，那么MeJA作为植物信号诱导土壤菌群生物膜的形成应当是普遍性。当前，氧磷脂类化合物的研究主要集中在茉莉酸酯家族上，我们对醛、酮醇、环氧树脂、羟基衍生物等氧磷脂类VOCs的多样性和功能知之甚少。然而，VOCs对不同的微生物影响差异很大，可调控生物膜形成，并表现出显著的剂量效应。作者研究发现，MeJA在低剂量下会吸引对植物有益的微生物，而高剂量时则相反。因此，深入研究VOCs诱导或调控根际生物膜形成过程与机制，对利用VOCs促进植物生长发育具有重要意义。 近年来，研究人员加强了VOCs介导的植物-微生物远距离互作领域的研究，扩展了根际的概念，并重新定义了土壤中植物-微生物互作的边界。然而，由于不同植物间根系VOCs存在差异，我们需要谨慎定义VOCs影响的范围，同时考虑VOCs自身的特性以及土壤特性（如土壤孔隙、湿度和温度）造成的影响。 这篇文章研究了根系VOCs如何充当信号分子塑造土壤微生物组成和功能，同时强调了通过根系挥发物（如MeJA）诱导的生物膜来促进农业生产的可能性，但实际上植物根系只产生少量MeJA，且影响范围尚不清楚。MeJA的大规模应用可能对非靶标生物以及整个地下生态系统平衡产生影响。因此，在使用根系挥发物的干预措施时，应确保其对农业生产力和环境可持续性产生预期的积极影响。此外，我们还需要进一步了解这些化合物的时空动态及功能作用，并解决特异性、抗性演变和环境条件等因素的影响。 论文信息 原名：Root volatiles manipulate bacterial biofilms 译名：根系挥发物操纵细菌生物膜 期刊：Nature Ecology & Evolution DOI：10.1038/s41559-024-02403-x 发表时间：2024年4月9日 通讯作者：江高飞 通讯作者单位：南京农业大学资源与环境科学学院 |
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