文章信息
- 题目：Protective role of the Arabidopsis leaf microbiota against a bacterial pathogen
- 期刊和时间：Nature microbiology，2021.11.24
- 作者和单位：第一作者Christine M. Vogel和通讯作者Julia A. Vorholt 均来自于瑞士苏黎世联邦理工学院
研究背景
- 植物是微生物群的集合，而非单独的个体。微生物群能够影响植物的发育和抗性。在植物保护角度来看，微生物群抵抗病原菌的重要意义日益凸显。
- 目前在叶际中， Methylobacteriaceae科和Sphingomanadaceae科都具有保护宿主植物的潜力。但Pseudomonadaceae科对宿主的影响有两面性。
- 目前尚未解析内生菌带来的广谱抗性是如何实现，以及内生菌对叶片微生物群组装的影响
主要工作
- 分离了200多个代表性（已测序）拟南芥叶片细菌，以抵抗DC3000侵染
- 检测了构建合成的保护菌群对宿主的影响。
- 使用基因组相关分析法来检测菌群保护植物机制
研究结果
1.筛选试验鉴定细菌的植物保护潜力
Figure1| 综述筛选试验流程
注解：（1）作者首先分离了224个拟南芥叶片菌组成菌落集合（At-LSPHERE）。并将每一个菌单独进行宿主保护性筛选。使用了tripartite A. thaliana model（模型名很酷炫）：依次为注射共生菌液看繁殖量（黑）---15d后再注射有荧光标签的DC3000---检测荧光值（蓝）和发病值---把发病值转化为保护值（绿）。为之后建立含有宿主保护率的发育树的外围三环（Fig2）提供数据。
2.At-LSPHERE系统发育树
Figure2| At-LSPHERE分类及宿主保护率
注解：多数细菌保护率较低，保护率信息集中在外围绿色柱子中，柱子越高保护性越高。所有224个菌的分属和系统发育关系也包含在Fig2。作者在分离菌集合At-LSPHERE后应该是先做的系统发育树，等Fig1的实验结果到手完成的外围三圈。
3.At-LSPHERE菌群特征
Figure3| 保护性菌株在叶层圈高密度定植
注解：（1）图a和b，两个堆积直方图表述At-LSPHERE群中保护率和定殖量。图c把a和b做了个相关分析。（2）图d把纲进一步细分成科，224个菌归类到29个科，再分别展现其定殖和保护力。从而总结出哪些科更适合高定殖高保护。即从纲到科缩小范围。
4.人工配置保护菌落（SynCom）
Figure4| 检验人工菌落产生的植物获得性保护
注解：（1）图a和b配置了人工随机内生菌群（10个菌一群），并对比人工随机群宿主保护率和群内最大单菌宿主保护率。整体超过单菌意味着群落内菌株间有协同效应。b图为了消除个别单菌可能拉高人工菌群保护率，选取了一些人工菌群并且去除掉富集程度高的单菌。观察保护率的变化，圆点是去除前，三角是去除后。c图对比了完整菌群M10.35，取出278菌的M10.35, 278菌和缓冲液（对照）。把M10.35保护宿主的能力归结为不止一种菌，其中就包括278号菌。但是278号菌也不一定总能引起人工菌落保护性提高（比如M10.48）。菌群之间的互作存在特异性互作。图d，e，f分别为上述三种菌的生长表型，DC3000繁殖量和内生菌的定殖量。
5.植物自身免疫与内生菌
考虑到植物自身的免疫系统。内生菌群可能是通过激活植物自身免疫从而增强DC3000抗性。因此作者把内生菌液注射到了bak1/bkk1拟南芥中。
Figure5| bak1/bkk1背景下植物保护的功能
注解：作者注射了菌液入Col-0和bak1/bkk1。部分菌株没有表现出免疫差异，另一部分菌株注射到bak1/bkk1后减弱了对Pst的免疫。
6.内生菌增强植物免疫的原因
作者利用比较基因组学手段，对比了产生保护的菌和不产生保护的菌基因组之间的差异。并且鉴定出25个同源基因簇。其中14个都是T6SS相关。因此文章对leaf202的T6SS基因进行了突变以验证内生菌激活植物免疫与T6SS的依赖度。将内生菌提高宿主免疫的能力归结为T6SS分泌系统的加持。
Figure6| 内生菌T6SS关联于宿主免疫
从分离并筛选内生菌，配置人工菌群，分析富集单菌功能，再到比较基因组揭示菌的T6SS对宿主免疫的功能。全文的思路比较清晰，工作量主要集中于前中期的组学分析和筛选。早先分离的内生菌库是后继实验和生信数据的重要支撑。
参考信息：
Vogel, C.M., Potthoff, D.B., Schäfer, M. et al. Protective role of the Arabidopsis leaf microbiota against a bacterial pathogen. Nat Microbiol 6, 1537–1548 (2021). https://doi.org/10.1038/s41564-021-00997-7
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