土壤来源的根部共栖细菌诱导番茄全株防御相关次生代谢及应答的系统性改变，从而增强对镰刀菌枯萎病的抗性

《Plant and Soil》：Soil-derived bacterial root commensals induce systemic alterations of defence-related secondary metabolism and response in tomato whole plants for favoring resistance against Fusarium wilt

　　

摘要

目的

根系相关微生物可调控植物的系统性防御激活，但其代谢介导的植物-微生物相互作用机制尚不明确。本研究旨在探究一种合成细菌菌群如何通过代谢重编程赋予番茄植株对镰刀菌枯萎病的抗性。

方法

为探究定殖番茄根系的合成细菌菌群（Bacillus velezensis YY13、Bacillus subtilis JN1和Pseudomonas chlororaphis JN72）是否赋予番茄植株对镰刀菌枯萎病的抗性，本研究采用非靶向代谢组学、转录重编程分析、根际微生物组分析，以及对病害严重度和生物量的测定，评估该合成菌群对番茄抗性的影响及其潜在机制。

结果

合成菌群定殖根际土壤后，病害严重度降低了33.49%，生物量增加。非靶向代谢组学揭示了苯丙烷代谢通路的改变：根系中香豆酰酪胺苷升高（2.1倍），叶片中槲皮素-O-芦丁糖苷积累增加（1.8倍），同时将碳通量从木质素前体重新导向抗真菌代谢物。转录重编程具有时空特异性，根系中苯丙氨酸氨解酶（PAL）、4-香豆酰-CoA连接酶（4CL）和查尔酮合酶（CHS）早期上调，随后叶片中黄酮烷-3-羟化酶（F3H）被激活，同步启动了茉莉酸/乙烯（JA/ET）介导的病程相关（PR）基因诱导。根系分泌的黄酮类化合物（柚皮素、槲皮素）重塑了根际微生物组，富集了放线菌门（27%），并招募了植物保护菌属（Bacillus、Pseudomonas）。该微生物群通过JA/ET-PR正反馈环路增强了防御激活效应。

结论

本研究发现揭示了一种三重防御机制：微生物菌群（1）重编程苯丙烷代谢流，优先将代谢通量导向防御性代谢物而非结构聚合物；（2）诱导组织特异性的免疫转录应答；（3）通过黄酮类化合物介导的微生物组招募维持抗性。这一植物-微生物环路范式为推进合成微生物群落的设计以辅助作物保护提供了新策略。