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沈其荣教授团队在微生态与根际健康领域取得新突破

发布时间:2020-05-12 点击次数:

当地时间5月11日,外围投注沈其荣教授团队微生态与根际健康实验室在根际微生态与作物健康领域取得新突破,揭示了微生物铁载体在根际菌群与土传病原菌互作中发挥的重要作用。成果以“Competition for iron drives phytopathogen control by natural rhizosphere microbiomes”为题在国际著名学术期刊《自然微生物学》Nature Microbiology在线发表。

顾少华博士生和国家自然科学基金优秀青年项目获得者韦中博士为共同第一作者,徐阳春教授和韦中博士为共同通讯作者。沈其荣教授,杨天杰博士,王孝芳博士,梅新兰硕士,邵正英博士生,李梅博士生,曹可豪硕士生,瑞士苏黎世大学Rolf Kümmerli博士和Jos Kramer博士,荷兰乌特勒支大学Alexandre Jousset博士以及英国约克大学Ville-Petri Friman博士参与了这一工作。

由青枯菌(Ralstonia solanacearum)引起的土传青枯病是世界最严重的细菌性病害之一。一直以来,土传青枯病的发生与阻控存在几个谜团:为什么病原青枯菌单枪匹马能够成功入侵复杂的根际菌群?青枯菌在入侵过程中种群数量急剧增加,必然需要很多关键稀缺的营养资源,是不是还有其它土壤微生物为青枯菌入侵提供了核心稀缺营养?若根际有益微生物提前占据这些核心稀缺营养,能否有效抑制青枯菌的入侵?

铁,作为细胞代谢不可或缺的元素,其在土壤中的生物有效性很低,并且生物有效形态单一——三价铁Fe3+。为了获得稀缺的生物有效性铁,微生物会产生一种能够高效络合Fe3+的低分子化合物——铁载体来争夺环境中的铁。根际细菌产生的铁载体可能被病原菌识别、窃取,促进病原菌的生长;也可能不被病原菌识别,自我吸收,进而竞争抑制病原菌。因此,推测铁载体介导的根际微生物与病原菌的铁素竞争结果可能影响着土传病害的发生与阻控。

研究发现在铁素营养匮乏的根际中,可分离细菌普遍通过产生铁载体进行铁素营养竞争。首次通过大规模实证研究揭示了分泌铁载体是细菌适应缺铁环境的普遍机制,铁载体的产生能力对根际细菌的生长及其与病原菌的共存竞争能力至关重要。田间研究更加明确了产生抑制型铁载体的根际细菌与青枯菌的共存能力较强,而产生便利型铁载体的根际细菌与青枯菌的共存能力较弱。

韦中博士对此解释,土传青枯菌的入侵,以及在根际的种群数量激增是有寄主优势的。青枯菌种群数量的激增必然需要大量资源,碳、氮等资源土壤-植物系统可以提供,但是稀缺的必需元素铁只能靠争夺获取。只有高产铁载体,并且产生的铁载体不能被病原菌利用,这样的根际菌群才能更好的利用碳、氮等其他资源,保持较高的种群数量。那些低产铁载体,产生的铁载体又能被病原菌利用,这样的根际细菌只能被剥削,种群数量自然很低。说明铁载体是根际微生物与病原菌争夺根际核心稀缺铁素资源的秘密武器,进一步研究发现,在育苗阶段加入具有高产铁载体能力、且不会被病原菌“窃取”的有益微生物,可以有效保护植物健康。该研究为利用根际有益菌解决土传青枯病问题、开拓植物健康“靶向疗法”提供了新思路。

据了解,近年来,十大外围投注平台微生态与根际健康实验室依托农业资源与环境国家双一流学科,在国家自然科学基金、973项目、国家重点研发计划和江苏省自然科学基金等项目资助下,在揭示抑病型土壤微生物区系形成机制、菌群互作机制与益生菌群构建和抑病型土壤微生物群落调控等方面取得系列重要突破。相关工作在Nature Biotechnology、Nature Microbiology、Nature Communications、Science Advances,Ecology Letters和Microbiome等国际著名期刊发表。

链接:https://www.nature.com/articles/s41564-020-0719-8

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