Nature Communications | 荷兰乌特勒支大学研究揭示根际细菌对植物可以进化得更友好！

真核生物和原核生物之间的有益共生关系在生命史上已经进化了多次（ISME | 美国伊利诺伊大学研究还原玉米改良历史中根际微生物的改变过程！玉米及其根际微生物的进化史）。虽然在植物和细菌之间普遍观察到这种相互作用，但关于相互作用进化的直接证据还很少（Science | 植物与真菌的海誓山盟！研究揭示脂质交换驱动植物陆地化过程中的共生进化！Science | 重磅！植物和微生物的新途径：与共生微生物和病原微生物的相互作用驱动植物进化！PNAS | 英国剑桥大学揭示植物和共生真菌之间古老关系的新亮点：一种菌根相关的受体类激酶！）。

2021年6月22日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了来自荷兰乌特勒支大学Alexandre Jousset和英国约克大学Ville Friman等研究团队合作的最新相关研究成果，题为Rapid evolution of bacterial mutualism in the plant rhizosphere的研究论文。科研人员通过使用实验性进化方法对此进行了研究，在植物根部对细菌的进化进行了实时跟踪。他们的研究结果表明，最初与植物拮抗的防御假单胞菌仅在几代植物中就能迅速进化为植物互利者。

科研人员发现细菌可以在拟南芥植物的根部迅速进化，导致对植物的拮抗性较低的进化突变体的频率增加。这种进化转变是由选择较少的拮抗性但更有竞争力的细菌驱动的，这些细菌可以在植物衍生的营养物质上更好地生长，并且对植物分泌的抗菌物质更有耐受性。实验性进化方法的一个好处是，研究人员可以为他们不断进化的细菌谱系创建一个'活'的化石记录，并在之后确定可能解释遗传水平上进化变化的潜在突变。观察到的进化变化在独立的复制选择线之间高度相似，这表明细菌进化可以在植物根部采取高度可预测的轨迹。在分子水平上，进化变化可以用GacS/GacA双组分调节因子系统的关键突变来解释，该系统已知会影响几个细菌性状，包括植物毒性次级代谢物的调节。研究结果表明，少数突变可以全面地改变细菌与植物的互动方式，这表明植物可以通过对互利的细菌基因型进行正向选择来驯化它们的微生物群。

图1：拟南芥根际中细菌相互作用的演变

图2：选择实验中细菌表型的时间变化以及进化的细菌与植物生长之间的正相关关系

图3：有利于提高拟南芥根际中互惠菌相对丰度的选择机制

图4：拟南芥根际中细菌进化的遗传基础

图5：gac突变体相对于其直系祖先在根际和体外培养基中的竞争适应性

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