Plant Journal | 与根瘤菌竞争！尖孢镰刀菌利用基因改变大豆根际微生物群落!
苗期病害，例如种子腐烂、根腐病、芽前芽后受潮等是大豆生产的主要问题。几种土壤传播的病原体是造成苗期病害的原因。土传病原菌中的一类属于镰刀菌属，并且尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）已被证明是美国中西部大豆田中的主要物种。尽管许多研究阐明了尖孢镰刀菌对包括大豆在内的多种农作物的毒力机制，但由于土壤是最多样化、最复杂的生态系统，众多微生物的相互作用可能参与了病原体入侵和病害发生的结果，因此植物与病原体之间的相互作用可能并不能揭示病原体入侵的全部过程。由于高通量测序技术在土壤微生物群落分析中的应用以及量化微生物丰度和功能的统计方法的改进，根际微生物在植物健康中的重要性已通过促进植物生长和/或抑制土壤传播的病原体得到了进一步认识（Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康；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！ISME | 美国科罗拉多大学揭示土壤和种子相关细菌群落对植物幼苗微生物组组装的可变影响！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！）。特别是对于大豆，已经证明大豆能从大块土壤中招募一定数量的微生物进入根际，并且在大豆根际中经常发现细菌属，例如伯克霍尔德氏菌、根瘤菌属。在这些根际微生物中，通过建立与氮利用相关的相互作用，慢生根瘤菌，伯克霍尔德氏菌和根瘤菌属菌种成为促进植物生长的根瘤菌（ISME | 解读大豆根际微生物群落变化与根瘤菌共生效率的关系！）。此外，伯克霍尔德氏菌（如Burkholderia ambifaria）对卵菌和包括尖孢镰刀菌在内的几种真菌病原体具有广泛的抗真菌活性。因此，为了到达大豆根部进行感染，尖孢镰刀菌需要与大豆全生体(指植物及其根际微生物)相互作用。然而，有限的研究集中在尖孢镰刀菌如何与根际微生物相互作用。
近日，国际权威植物学期刊The Plant Journal发表了国立台湾大学Hao-Xun Chang和密歇根州立大学Martin Chilvers团队的最新相关研究成果，题为A β‐lactamase Gene of Fusarium oxysporum Alters Rhizosphere Microbiota of Soybean的研究论文。
根际是多营养的环境，对于土壤传播的病原菌如尖孢镰刀菌，在到达根部侵染之前，根际中的微生物竞争是不可避免的。本研究建立了促进植物生长的根瘤菌双向伯克霍尔德氏菌（Burkholderia ambifaria）、尖孢镰刀菌和大豆之间的三重营养交互作用，研究尖孢镰刀菌基因对大豆微生物群落的塑造作用。虽然双向伯克霍尔德氏菌抑制菌丝生长，并在尖孢镰刀菌存在下增加细菌繁殖，但在双向伯克霍尔德氏菌存在下，尖孢镰刀菌仍然设法侵染大豆。RNA-Seq鉴定了一个假定的尖孢镰刀菌分泌β-内酰胺酶编码基因FOXG_18438（缩写为Fo18438）在双向伯克霍尔德氏菌存在的大豆侵染期间被上调。∆Fo18438突变体表现出对双向伯克霍尔德氏菌的菌丝生长降低，而完整的Fo18438和Fo18438 β-内酰胺酶结构域的互补恢复了菌丝生长。使用尖孢镰刀菌野生型、∆Fo18438突变体和具有完整的Fo18438、Fo18438 β-内酰胺酶结构域或类Fo18438 RTA1结构域的互补菌株进行土壤接种，16s RNA扩增子测序发现，在被具有Fo18438β-内酰胺酶结构域的菌株侵染的根际微生物群落中，一种伯克霍尔德氏菌操作分类单元（OTU）的丰度增加。非度量多维尺度和PICRUSt2本体分析显示，相比于尖孢镰刀菌的基因型，细菌β-内酰胺相关功能的丰度存在差异。这些结果表明，Fo18438 β-内酰胺酶结构域为尖孢镰刀菌提供了向大豆根际生长的能力，其中β-内酰胺的抗生作用参与了微生物竞争。因此，本研究强调了尖孢镰刀菌基因改变大豆根际和主根微生物群落的能力。
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