ISME | 英国华威大学研究揭示植物相关微生物中的生态位适应有利于磷吸收！

拟杆菌（Bacteroidetes）是植物微生物组中丰富的病原菌抑制成员（Nature Microbiology | 根际微生物组保护植物免受病原菌侵染！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！），对根际磷的调动有显著贡献，而磷是这一生态位中经常出现的生长限制性养分（Science | 重磅！剑桥大学Giles Oldroyd课题组阐述植物通过共生微生物促进养分吸收！“少肥多产”不是梦）。黄杆菌科属于拟杆菌门，是植物/土壤和海洋微生物群落的主要成员。在植物微生物组（根际，根内和叶际）中（Nature | 年度重磅合集：植物微生物组！），黄杆菌科和其他拟杆菌门细菌的丰度通常比周围的非根际土壤大。黄杆菌科通常代表与各种重要农作物有关的微生物群落的5–65％，并在功能上对植物健康具有重要作用（Nature Reviews Microbiology | 专家点评：作物微生物组与可持续农业）。在大麦中，从根际获得的分离株中有25％与黄杆菌科有关，这些细菌几乎占了潜在微生物P转化的50％。然而，与其他重要的植物相关微生物区系相反，导致黄杆菌科在植物微生物组中成功的遗传特征，在很大程度上仍然是未知的，特别是关于它们的磷获取策略。

2020年11月30日，国际权威学术期刊The ISME Journal发表了英国华威大学David J. Scanlan教授团队的最新相关研究成果，题为Niche-adaptation in plant-associated Bacteroidetes favours specialisation in organic phosphorus mineralisation的研究论文。

通过结合栽培、多层组学和生化分析，科研人员首次发现所有与植物相关的拟杆菌都表达了组成型磷酸酶的活性，这与普遍的拥有一种独特的磷酸酶PafA有关。科研人员还首次揭示了外膜SusCD类复合物的一个子集，通常与碳的获取相关，以及几个TonB依赖性的转运蛋白，在Pi耗竭期间被诱导。此外，在对磷酸盐消耗的反应中，本研究中使用的植物相关的黄杆菌表达了许多以前鉴定的和新颖的针对有机磷的蛋白质。总的来说，与植物相关的假单胞菌相比，这些酶表现出优越的磷酸酶活性。重要的是，几个新型的低Pi诱导型磷酸酶和转运蛋白，属于拟杆菌辅助基因组，是植物相关菌株的适应性基因组特征。因此，对植物微生物组的生态位适应似乎导致了拟杆菌中独特的磷清除位点的获得，从而增强了它们的磷获取能力。这些特征可能使它们在根际中获得成功，也为发展可持续农业提供了一条令人兴奋的途径（深度解读：如何操控植物微生物组改善农业？）。

图1：在植物相关的拟杆菌属中观察到的磷酸单酯酶活性

图2：在不同营养胁迫条件下，黄杆菌（DSM2064）响应生长的转录组学和蛋白质组学分析

图3：假定的Pi-敏感多糖利用基因座在黄杆菌中的表达

图4：鉴定几种植物相关黄杆菌菌株中的P-获取蛋白及其相应的基因座

图5：在植物相关的和非植物相关的拟杆菌属菌株的基因组中P-获取（PHO）基因的出现

图6：黄杆菌中SusD类同源物的系统发育、表达和基因组关系分析

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