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为解决植物与微生物互作中黄单胞菌目免疫调节机制等问题，相关研究人员开展了关于 Xanthomonadales 根际共生菌免疫调节的研究。结果发现其免疫调节特性及作用机制。推荐阅读，有助于深入了解植物微生物群落构建机制，为农业研究提供新思路。
在神秘的植物世界里，土壤就像是一座巨大的 “微生物宝藏库”，里面生活着数不清的微生物。这些微生物与生长在土壤中的植物有着千丝万缕的联系，它们构成了植物的微生物群落（植物体内和体表所有微生物的集合），对植物的生长、健康起着至关重要的作用。
植物的微生物群落中有一群重要的成员 —— 黄单胞菌目（Xanthomonadales）细菌。它们在植物的生长过程中扮演着多种角色，有些是帮助植物茁壮成长的 “小助手”，有些则可能摇身一变成为危害植物健康的 “小恶魔”。一直以来，科学家们都对这些细菌充满了好奇，想要弄清楚它们与植物之间的复杂关系。
随着研究的深入，科学家们发现了一些有趣的现象。一方面，植物拥有一套精妙的免疫系统，就像一个严密的 “防御堡垒”，可以识别并抵御入侵的有害微生物。其中，模式触发免疫（PTI，植物通过识别微生物相关分子模式或损伤相关分子模式来启动的免疫反应 ）是植物免疫的重要防线之一。当植物感受到微生物的威胁时，PTI 就会被激活，一系列防御机制随之启动，比如植物体内会发生钙离子（Ca2?）内流、基因转录重新编程、合成植物激素乙烯、产生活性氧等，这些反应就像是给植物穿上了一层 “防护铠甲”，限制病原体的增殖。但另一方面，微生物也不会 “坐以待毙”，它们进化出了各种策略来应对植物的免疫系统。比如，一些细菌能够抑制植物的免疫反应，从而在植物体内更好地生存和繁殖。
然而，尽管科学家们已经取得了一些成果，但仍然有许多问题没有答案。就拿黄单胞菌目细菌来说，它们抑制植物免疫反应的能力是怎么来的？这种能力在不同的菌株之间有什么差异？它们又是通过什么具体的机制来干扰植物的 PTI 的呢？这些问题就像一团团迷雾，笼罩着科学家们的研究之路。为了揭开这些谜团，深入了解植物与微生物之间的相互作用，研究人员展开了一系列研究。
来自相关研究团队的科研人员在《Nature Plants》期刊上发表了一篇名为 “Widespread immunomodulation by Xanthomonadales root commensals shapes the root microbiota” 的论文。通过一系列实验，他们发现免疫调节是黄单胞菌目细菌高度保守的祖传特性，早在这些细菌成为宿主适应性病原体之前就已存在。其中，根际共生菌 Rhodanobacter R179 能够抑制拟南芥（Arabidopsis）的 PTI 反应，它主要通过两种关键机制来实现这一点：一是借助 dssAB 转运蛋白复合物，二是分泌肽酶选择性地清除免疫原性肽，从而在植物免疫系统面前巧妙地 “隐藏” 自己和其他共生菌。此外，研究还表明，黄单胞菌目细菌在土壤和植物相关环境中分布广泛，免疫调节能力与它们在这些环境中的生存和在植物微生物群落中的竞争优势密切相关。这一研究成果为我们理解植物与微生物的相互作用提供了新的视角，有助于开发更有效的植物保护策略。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是构建系统发育树，通过分析大量黄单胞菌目细菌的基因组，研究它们之间的进化关系；二是进行转录组测序，分析拟南芥在与细菌相互作用过程中基因表达的变化，了解细菌对植物基因调控的影响；三是采用突变体筛选技术，构建 R179 的突变体库，筛选出影响免疫调节和微生物群落建立的基因；四是利用质谱技术，对细菌培养上清液中的肽进行定量分析，探究细菌对免疫原性肽的作用机制。
下面我们来详细看看研究人员都有哪些重要发现。
免疫调节在黄单胞菌目中是保守的
研究人员首先对多种来源的黄单胞菌目细菌进行了研究。他们发现，无论是从拟南芥、百脉根（Lotus japonicus）的根部分离的，还是来自土壤中藻类的黄单胞菌目共生菌，都能减轻由 flg22（一种细菌肽，可诱导植物免疫反应）诱导的拟南芥根生长抑制。不仅如此，一些致病菌株也有类似的效果。通过构建包含 1765 个黄单胞菌目基因组的系统发育树，研究人员发现，免疫抑制能力在黄单胞菌目中广泛存在，而且这种能力很可能是该菌目在进化早期就获得的，甚至早于它们分化成病原菌的时间。这就像是黄单胞菌目细菌与生俱来的一种 “技能”，帮助它们在植物环境中生存。
研究人员还发现，黄单胞菌目细菌在不同环境中的分布差异很大。通过对大量微生物数据集的分析，他们发现这些细菌在土壤和植物相关环境中高度富集，而在海洋、湖泊以及动物肠道等环境中则很少见。这表明土壤、土壤中的藻类和开花植物可能是黄单胞菌目细菌的主要栖息地。而且，他们测试的黄单胞菌目菌株对由损伤相关分子模式（DAMP）AtPep1 诱导的根生长抑制也有抑制作用，并且在百脉根中同样有效，这说明黄单胞菌目细菌的免疫抑制策略在不同植物物种中都能发挥作用。
免疫抑制性 Rhodanobacter 调节根转录
在众多黄单胞菌目细菌中，研究人员挑选了拟南芥根际共生菌 Rhodanobacter R179 进行深入研究。他们发现，R179 不仅能抑制根中由 flg22 诱导的生长抑制，还能抑制叶中由 elf18（另一种细菌分子模式）诱导的生长抑制，这表明 R179 对 PTI 相关生长限制的干扰在根和叶中都存在。
为了探究 R179 对植物基因表达的影响，研究人员对拟南芥的根转录组进行了分析。他们发现，当 R179 与不同的合成微生物群落（SynComs）共同接种时，会使相应的根转录组发生整体趋同，即减少不同 SynComs 诱导的转录变化差异。具体来说，R179 能够抑制由 SynComs 或外源免疫原性肽触发的防御反应相关基因的表达。而且，与单独培养的 SynComs 相比，长期与 R179 共培养的拟南芥根转录变化较小。但当用热灭活的 R179 处理时，却能引起明显的转录反应，这说明活的 R179 在植物定植过程中能够抑制自身免疫原性分子的活性，从而减少对植物免疫系统的刺激。
免疫调节决定因素增强 R179 竞争力
研究人员对 R179 的基因组进行了测序和注释，发现它缺少已知的细菌植物病原体的毒力因子相关的操纵子。为了找出 R179 免疫调节活性的关键决定因素，他们构建了 R179 的 mini-Tn5 突变体库，并进行了大规模筛选。结果发现，dssA 和 dssB 基因的突变会导致 R179 抑制 flg22 诱导的根生长抑制能力下降。进一步研究表明，dssA 和 dssB 基因编码的蛋白分别是 ABC 转运蛋白通透酶和 TonB 依赖性转运蛋白，它们在 R179 的免疫调节中起着重要作用。
通过实验，研究人员发现野生型 R179 和 dssAB 双突变体对非抑制性 SynComs 的组成有不同影响，而且野生型 R179 在与非抑制性 SynComs 和部分抑制性 SynComs 共同接种时，在根上的丰度明显高于 dssAB 突变体。这说明 dssA 和 dssB 基因的野生型等位基因能为 R179 在根相关细菌群落中提供竞争优势。此外，研究人员还发现 dssA 和 dssB 基因在黄单胞菌目中高度保守，这与该菌目抑制 PTI 相关根生长抑制的能力密切相关。
Rhodanobacter R179 消除免疫原性肽
由于 dssAB 双突变体仍具有一定的抑制 flg22 诱导的根生长抑制能力，研究人员推测 R179 还有其他干扰 PTI 的机制。他们发现，R179 的培养上清液具有免疫抑制活性，且这种活性对热敏感，说明可能有分泌的、可溶性的热不稳定因子参与其中。通过质谱分析，研究人员发现 R179 的上清液能够快速有效地降解 flg22、elf18 和 AtPep1 等免疫原性肽，而对促进根生长的肽则没有影响。同样，与 R179 亲缘关系较近的 Dyella japonica MF79 的培养上清液也有类似的作用，且 MF79 的 T2SS 突变体仍能消除这些免疫原性肽，这表明分泌肽酶消除免疫原性肽是这两种黄单胞菌目菌株的共同机制，并且该过程不依赖于 T2SS。
菌株特异性因素决定黄单胞菌目根负载
研究人员还研究了拟南芥对 R179 的识别机制。他们发现，拟南芥通过 EFR 和 SOBIR1 细胞表面受体复合物对 R179 进行冗余识别，即这两个受体复合物都能识别 R179，并且这种识别不依赖于 dssA 和 dssB 基因。虽然 R179 能诱导植物产生免疫反应，但无论是用免疫原性肽处理，还是使用缺乏相关受体的突变体，都不会限制 R179 或 dssAB 突变体在根上的定植。而且，不同的黄单胞菌目菌株在拟南芥根上的负载量差异很大，且与它们的免疫调节能力无关，这说明在单培养条件下，黄单胞菌目细菌的根定植是由菌株特异性因素决定的，这些因素比它们的免疫调节活性更能影响定植过程。
综合上述研究结果，研究人员发现黄单胞菌目根际共生菌 Rhodanobacter R179 能够抑制拟南芥的 PTI 反应，免疫调节是黄单胞菌目细菌的普遍特性，并且与它们在植物微生物群落中的优势地位相关。R179 通过分泌肽酶消除免疫原性肽和 dssAB 免疫调节两种机制实现免疫逃避，从而在植物免疫系统中巧妙 “隐身”。此外，dssAB 基因在黄单胞菌目中高度保守，对 R179 在根际细菌群落中的竞争优势至关重要。
这项研究意义重大。它为我们揭示了植物与微生物相互作用的新机制，让我们对黄单胞菌目细菌在植物微生物群落中的作用有了更深入的理解。这些发现有助于开发新的植物保护策略，比如可以利用这些细菌的免疫调节特性，优化植物微生物群落，增强植物的免疫力，减少病害的发生。同时，也为进一步研究植物与微生物的共生关系提供了重要的理论基础，为农业生产和生态保护带来了新的思路和方向。
