ISME | 最新研究揭示根际保护性微生物的富集有利于抑制番茄枯萎病！
根际微生物群落对植物的生命力、发育和免疫力起着重要作用。长期以来，人们一直在研究单作诱导的土壤微生物变化对植物健康的消极和积极影响（专家点评：根际微生物组保护植物免受侵染；Current Biology | 新观点：根际微生物通过关键代谢物塑造群落的时空发展与农业生产力！）。单作改变土壤环境，通过所谓的植物-土壤负反馈现象诱导植物的病害进展。另一方面，在病害连续严重爆发后，单作也会抑制土传病害的发展。病害抑制性土壤被定义为病害发生率最低的土壤，尽管有毒病原菌和易感植物宿主共存。抑病土壤主要对土壤传播的病原真菌如水稻文枯病菌、终极腐霉、小麦全蚀病菌、根肿菌和尖孢镰刀菌以及一种病原细菌茄科雷尔氏菌有效。在连续单作系统中，可以通过改变根际中有利的微生物群落来诱导土壤抑病。
近日，韩国传染病研究中心Choong-Min Ryu教授课题组（ISME | 最新研究揭示通过空气中的信号传递实现周围植物相似的根际微生物组成！）在权威期刊ISME Journal发表了题为Disruption of Firmicutes and Actinobacteria abundance intomato rhizosphere causes the incidence of bacterial wilt disease的研究论文，本文研究了茄科植物根际土壤革兰氏阳性放线菌和厚壁菌门群落丰度的改变对植物细菌性枯萎病的影响，结果首次证明了病害抑制土壤中保护性革兰氏阳性细菌群落的生物失调会促进疾病的发生。
保护性微生物群落在根际中的富集有利于抑制植物病害。然而，保护性根瘤菌的破坏如何影响病害抑制在很大程度上是未知的。本研究分析了在韩国三个不同地点的温室中生长的健康和患病番茄植物的根际微生物群落，其间距<30-cm。革兰氏阳性放线菌和厚壁菌门菌群的丰度在病害根际土壤(DRS)中低于健康根际土壤(HRS)，而致病菌茄青枯菌种群没有变化。使用500-μg/mL万古霉素对HRS中的革兰氏阳性菌进行人工破坏，增加了番茄细菌性枯萎病的发生。为了鉴定HRS-specific和植物保护性革兰氏阳性菌种，从326个热稳定培养菌分离株中选择了耐寒短杆菌HRS1、烟酸杆菌HRS2、Solibacillussilvestris HRS3和Bacillus luciferensis HRS4。这4种菌株不能直接拮抗茄青枯菌，但能激活植物免疫力。由这四种菌株组成的合成群落对茄青枯菌显示出更大的免疫激活作用，与每个单独的菌株相比，植物保护期延长了4天。总的来说，本文的结果首次证明了DRS中保护性革兰氏阳性细菌群落的生物失调会促进疾病的发生
根际微生物在建立抑制病害的土壤中起着复杂的作用。早期对抑病土壤的研究主要集中在微生物对目标病原菌的直接机制上。抑病土壤中拮抗性微生物的最好例子是荧光假单胞菌，它通过产生抗生素2,4-二乙酰基间苯三酚，直接抑制了G. graminis var.tritici的生长。另一方面，诱导系统性抗性(ISR)的激发间接地有助于抑制病害。ISR指的是通过接种在空间远处而不是病原菌感染部位的根瘤菌激活整个植物对广谱病原菌的免疫力。ISR在拟南芥和番茄中主要受茉莉酸（JA）（Cell Host & Microbe | 研究揭示JA信号增强水稻的RNA沉默和抗病毒能力！）和乙烯（ET）信号调节。某些根瘤菌也可以触发水杨酸(SA)(Cell Reports | 生长素和SA信号通路之间的拮抗互作通过拟南芥的侧根调节细菌侵染！) 依赖性的植物中ISR的诱导。
图2 基于16S rRNA扩增子测序的HRS和DRS样本土壤群落结构比较
图3 番茄根际中放线菌和厚壁菌门群落的失调
图 4 HRS 和 DRS 样本中热稳定的放线菌和厚壁菌门群落的鉴别方法
图5 孢子形成的放线菌和厚壁菌门群落对HRS样品中茄青枯菌的诱导性全身抗性(ISR)的激活作用
图6 由包含四个HRS特定厚壁菌门菌株（HRS1-4）的SynCom激活ISR