PNAS | 德国科隆大学研究揭示植物病原体通过靶向微生物组逃避免疫系统！

科学家们越来越认识到，一个生物体的微生物组是其健康的一个重要组成部分（Nature Reviews Microbiology | 植物-微生物互作：从群落组装到植物健康）。对于人类和其他动物来说，居住在肠道和皮肤中的特定微生物具有有益的作用。这对植物来说也是如此。此外，已经确定的是，植物可以从其环境中"招募"有益的微生物，例如从根部周围的土壤中，帮助它们抵御病害。

2021年12月2日，国际权威学术期刊PNAS发表了德国科隆大学/荷兰瓦赫宁根大学Bart Thomma（Nature Plants | 荷兰瓦赫宁根大学揭示植物病原菌利用效应蛋白操纵宿主微生物组！eLife | 荷兰瓦赫宁根大学揭示独特的染色质图谱定义了植物病原真菌的适应性基因组区域！）团队的最新相关研究成果，题为An ancient antimicrobial protein co-opted by a fungal plant pathogen for in planta mycobiome manipulation的研究论文。该团队发现，对许多作物的枯萎病负有责任的致病真菌大丽轮枝菌会分泌一种"效应蛋白"分子，以植物的微生物组为目标，促进侵染。

Thomma团队假设，如果植物能够做到这一点，也许一些病原体已经"学会"扰乱这种"求救信号"，扰乱植物的微生物组，以促进入侵。因此，除了直接抑制植物宿主的免疫反应外，这些病原体还可以通过影响植物的健康微生物组来间接抑制免疫力。大丽轮枝菌是许多植物的著名病原体，包括温室作物如西红柿和生菜，也包括橄榄树、观赏树木和花卉、棉花、马铃薯和其他。目前的研究表明，该真菌分泌抗菌蛋白VdAMP3，以作为效应蛋白操纵植物的微生物组。

一般来说，效应蛋白分子针对宿主免疫系统的组成部分，导致免疫抑制。科研人员现在表明，这些目标延伸到了宿主微生物组：在宿主定殖期间，VdAMP3分子抑制植物微生物组中的有益生物，导致微生物组紊乱或"菌群失调"，以便真菌能够完成其生命周期并产生能够传播和开始新侵染的后代。就进化而言，被分泌的分子非常古老。同源物也出现在对植物没有致病性的生物体中。看起来轮枝菌"使用"了这种分子，在宿主的病害发展过程中"利用"了这种分子。有趣的是，该分子并不像针对任何微生物的广谱抗生素，而是专门针对有能力阻碍轮枝菌的"竞争者"真菌。

最初，研究人员想找出轮枝菌在其武器库中是否有具有抗菌活性的"效应蛋白"。然后在实验室中测试了不同的候选蛋白抑制测试微生物生长的能力。VdAMP3是这些潜在的候选蛋白之一。随后的后续实验表明，如果没有这个效应蛋白，其他真菌可以茁壮成长并抑制轮枝菌繁殖结构的形成。VdAMP3主要在病害发展的后期阶段活跃，当时轮状菌需要产生这些新的繁殖结构来开始感染新宿主。然而，这并不是科研人员发现的第一个此类分子。一年前，他们发现了一种分子，它不像VdAMP3那样对竞争的真菌起作用，而是对细菌竞争对手起作用。这些发现共同表明，病原体在病害过程的不同阶段使用各种分子来操纵宿主的健康微生物组以引起病害。这表明，如果我们想了解病害，就必须超越病原体和宿主之间的"二元互动"。相反，我们必须把宿主的整个微生物组也考虑在内，把宿主看成一个"共生体"--由宿主和生活在其中的所有生物体形成的生态单元。

图1. 大丽轮枝菌的效应蛋白VdAMP3是从一种古老的真菌蛋白演变而来的

图2. VdAMP3特异性地表达在发育成微菌核的菌丝细胞中

图3. VdAMP3是一种抗真菌蛋白，有助于大丽轮枝菌在腐解的宿主叶际的生物量积累

图4. VdAMP3操纵腐解的N. benthamiana叶际的真菌菌群

图5. VdAMP3对酵母菌和粪壳菌产生负面影响

图6. VdAMP3有助于大丽轮枝菌在真菌生态位竞争者的存在下形成微菌核

从长远来看，对这些机制的更好理解将有助于开发更具弹性的植物和更好的作物保护策略。面对不断增长的世界人口，有限的农田，以及减少环境影响和污染的需要，植物科学家的主要目标之一是增加田间作物的产量，同时尽量减少我们对环境的生态足迹。更多地了解这些帮助病原真菌侵染作物的效应分子，可能会带来防范它们的新方法。解开这些分子的工作原理，以及它们如何在抑制一种微生物的同时不影响另一种微生物，对于发现针对微生物的新机制非常重要，这甚至可能最终导致新型抗生素的开发。

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