ISME | 天津农科院揭示蔗糖触发新的信号级联反应促进生防细菌在植物根际的定殖！

土壤中的枯草芽孢杆菌是一种出色的生物防治剂，能够抑制多种土壤传播的植物病原菌。有证据表明，植物根部的定殖和与根相关的生物膜的形成对于枯草芽孢杆菌发挥生物防治活性至关重要。受根部释放的养分影响的根际是相对富营养的生态小生境。众所周知，植物会积极地吸收有益的微生物并塑造根际微生物组。考虑到植物分泌的养分中根系分泌物的比例相对较大以及其多样性和动态特性，根系分泌物可能在促进细菌根系定殖和根际微生物组形成中发挥重要作用（ISME | 河南大学研究揭示根系分泌物类黄酮增强了丛枝菌根真菌与入侵植物之间的关联！Cell Host & Microbe | 重磅！Schulze-Lefert团队揭示根系分泌香豆素与微生物互作改善植物铁营养！）。

作为最重要的生物防治剂（BCA）之一，枯草芽孢杆菌如何克服到达根际平面的距离障碍，并与根部建立有益的相互作用尚不清楚。趋化性是由鞭毛在水环境中推动的定向细菌游动，在拟南芥根上枯草芽孢杆菌的定殖中起着不可或缺的作用（Nature Commun. | 重磅!研究揭示内生细菌利用病原菌趋向性进行定殖和抗病！）。同时，群体运动被认为是一种在天然半干旱土壤中使细胞易位的更可行的机制。半固体表面上的群体运动以细胞形成鞭毛为特征，并严格依赖于表面活性物质（ISME | 荷兰莱顿大学研究揭示植物根部微生物通过土壤运动细菌搭便车！）。最近的研究表明，群体性运动在枯草芽孢杆菌细胞向根际平面的迁移中起着至关重要的作用。然而，引起枯草芽孢杆菌成群移动的环境信号在很大程度上尚不清楚。值得指出的是，大多数研究表明枯草芽孢杆菌细胞不会聚集在固体表面上。因此产生了一个未解决的问题，即枯草芽孢杆菌细胞如何设法在半固态或固态土壤环境中有效迁移还未知。

近日，权威学术期刊ISME发表了天津农业科学院田涛、中国农业大学王琦和美国东北大学Yunrong Chai团队的最新相关研究成果，题为Sucrose triggers a novel signaling cascade promoting Bacillus subtilis rhizosphere colonization的研究论文。

有益的根际细菌可促进植物生长并保护植物免受植物病原菌的侵害。植物根部的有效定殖对于根际细菌发挥有益活性至关重要。细菌如何在半固体或固体性质的土壤中快速迁移尚不清楚。本研究结果表明蔗糖是光合作用植物普遍用于固定碳运输和存储的二糖，并且是植物根部大量分泌的糖，枯草芽孢杆菌通过先前未知的机制促进了蔗糖诱导的固体表面运动性（SSM）和根部定殖。蔗糖首先通过触发细胞内多聚胆固醇合成来触发信号级联反应，从而诱导强大的SSM，进而刺激表面活性物质和细胞的超鞭毛的强烈产生。枯草芽孢杆菌在蔗糖根分泌不足的拟南芥突变体的根部定殖较差，而外源添加的蔗糖选择性地塑造了与植物根相关的根际微生物组，特别是促进了细菌和假单胞菌。因此本研究的结论是蔗糖激活一个信号级联，以触发SSM，并促进枯草芽孢杆菌在根际的定殖。本文还提出了一种可行的方法来提高有益芽孢杆菌在植物保护中的有效率。

图1：蔗糖促进枯草芽孢杆菌的根定殖和固体表面运动（SSM）

图2：表面活性素通过枯草芽孢杆菌介导蔗糖诱导的SSM

图3：果聚糖在枯草芽孢杆菌和其他土壤细菌中诱导SSM

图4：蔗糖促进枯草芽孢杆菌的竞争性根部定殖

图5：蔗糖选择性地塑造了根际微生物组并增强了枯草芽孢杆菌对疾病的控制

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