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前沿丨资环院科研团队揭示调控根际微生物与病原菌资源争夺战的“秘密武器”

2020-05-11来源:宣传部作者:资环院 韦中 宣传部 许天颖

对稀缺资源的争夺是生物世界的永恒主题,植物根际的微生物也不例外。根际有益微生物与病原微生物之间,围绕什么稀缺资源进行争夺?如何上演你争我夺?对作物健康有什么影响?南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣教授带领的土壤微生物与有机肥团队、微生态与根际健康实验室近日取得重要进展,成果揭示根际微生物铁载体介导根际菌群与土传病原青枯菌互作,在作物健康中发挥了关键作用。当地时间5月11日,成果在《自然微生物学》NatureMicrobiology在线发表。

据共同第一作者、通讯作者、团队韦中博士介绍,三价铁就是根际微生物争夺的稀缺资源。为了获取铁,微生物会产生一种高效结合Fe3+的低分子化合物——铁载体。理论上来说,每个微生物的铁载体都是有识别码的,如果病原菌掌握了这些识别码,就可以窃取这些铁载体,促进自身生长,进而危害植物;如果不能识别,就无法窃取,进行抑制了病原菌的生长。

那么,复杂的根际微生物是否都能产生铁载体?哪些微生物的铁载体能抑制病原菌的入侵?哪些为病原菌的入侵提供了便利?问题看似简单,其实挑战巨大。

为了回答这些问题,团队在植物根际分离得到2000多株细菌,发现95%的分离细菌都能产生铁载体。有些细菌的铁载体的确能抑制病原菌的生长,但也有大量细菌产生的铁载体却被病原菌“偷袭”利用。产生抑制型铁载体的根际细菌与病原菌的共存能力较强,而产生便利型铁载体的根际细菌与病原菌的共存能力较弱。

韦中对此解释,在有寄主植物时,根际病原菌种群数量的一般都会大量增加,种群数量激增必然需要大量资源,常规的碳、氮等重要资源土壤-植物都能提供,对稀缺资源的争夺才是你死我活的战争。如果产生的铁载体能被病原菌利用,这样的微生物只能被病原菌剥削,种群数量自然很低。只有产生铁载体的能力强,并且它的铁载体又不能被病原菌利用,这样的根际微生物才能更好地享用根际丰富的碳、氮等营养资源,保持较高的种群数量,这样的微生物才可能保护植物健康。

“这说明铁载体是根际细菌与病原菌争夺核心稀缺铁素资源的‘秘密武器’”,通讯作者、团队徐阳春教授告诉记者,在植物育苗阶段提前加入能高产且不会被病原菌“窃取”的铁载体的有益微生物,可以打赢根际稀缺铁素资源保卫战,这就为利用根际有益菌解决土传病害、开拓植物健康的“铁载体靶向疗法”提供了新思路。

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教授为共同第一作者,徐阳春教授和韦中教授为共同通讯作者。沈其荣教授、杨天杰博士等团队老师和研究生,以及瑞士苏黎世大学、荷兰乌特勒支大学和英国约克大学合作者参与了这一工作。

据了解,近年来,南京农业大学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重要突破,相关工作在国际高水平期刊发表。


编辑:党委宣传部

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