Nature Microbiology | Jeff Dangl团队研究揭示植物微生物组的生长素调节机制！

存在于植物和它们的微生物组之间的许多生化交流机制只是开始被利用现代组学、遗传学和生物化学技术来阐明、剖析和理解。这些复杂的相互作用影响着植物宿主的健康、发育和生产力，以及植物-微生物界面上的微生物群的生长和持久性。生长素是由植物和细菌产生和降解的植物生长激素家族，是用于介导植物-微生物相互作用的重要生化信号。以吲哚-3-乙酸（IAA）为代表的生长素是植物中最丰富的生长素，在植物的发育和繁殖过程中起着关键作用，包括细胞分裂、根系发育、细胞壁伸长、维管束形成和开花。生长素还与其他植物激素信号途径相互作用，包括那些由乙烯、水杨酸和茉莉酸调节的途径。微生物群的成员可以产生和/或降解生长素，以调节生长素水平，从而与植物宿主相互作用。

2022年10月20日，国际权威学术期刊Nature Microbiology发表了北卡罗来纳大学教堂山分校Jeffery Dangl（一年内两篇Science一篇Nature！北卡教堂山分校Dangl团队在植物免疫和微生物组领域取得重大突破！近5年50篇高水平文章！Jeff Dangl院士团队在植物微生物互作领域取得重大进展！）和Matthew Redinbo团队的最新相关研究成果，题为Diverse MarR bacterial regulators of auxin catabolism in the plant microbiome的研究论文。

植物微生物组中的化学信号可以对微生物群落结构以及宿主的生长和发育产生巨大的影响。最近，科研人员在细菌属Variovorax中发现了一个降解生长素的基因位点，并证明了它在通过平衡微生物产生的生长素对植物根系发育的影响来调节微生物群落功能中的关键作用。在这篇文章中，科研人员剖析了Variovorax的生长素降解位点，以确定基因iadDE是IAA降解和信号干扰的必要和充分条件。科研人员确定了该操作子的MarR-家族抑制因子与IAA和其他生长素的晶体结构和结合特性。在整个细菌的生命树上都发现了生长素降解操作子，科研人员在基因内容和代谢产物的基础上定义了两种不同的类型：iac-like和iad-like。每种类型的生长素降解操作子的MarRs的结构表明，每种类型都有不同的IAA结合袋。对定殖于拟南芥植物的不同细菌属的代表性IAA降解菌株的比较表明，虽然所有的菌株都降解IAA，但只有含有iad-like生长素降解操作子的菌株在复杂的合成群落背景下干扰了生长素信号。这表明含有iad-like操作子的细菌菌株，包括Variovorax物种，在调节植物微生物组中的生长素方面发挥了关键的生态作用。

图1：V. paradoxus CL14 iadD和iadE对拟南芥上的IAA降解和代谢信号干扰是必要和充分的

图2：MarR_73形成一个二聚体，与IAA结合，并在基因72的上游有一个DNA结合位点，以调节IAA降解位点

图3：系统发育组学划分出IAA降解位点的两个不同分支：iac-like和iad-like

图4：代谢组学确定了V. paradoxus CL14的IAA降解途径

图5：与IAA降解位点相关的MarR-转录调节因子形成iac-like（IacR）和iad-like组（IadR和IadR2），它们有不同的IAA结合袋

图6：编码iad-like IAA降解位点的菌株进行所需的代谢信号干扰，以防止拟南芥根部175个合成微生物群落引起的RGI

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