【连载】有益微生物对宿主的免(xiang)疫(ai)调(xiang)节(sha)(一)根瘤菌和豆科植物
大家好，我是LorMeM的常驻粗心小编——汪大猫。平常我是一名不称职的小编，大家看到有格式缺陷的推送基本都是我编辑的
言归正传，今天本猫要讲的是有益微生物对宿主的免疫调节-相爱相杀系列。原文来自于2012年Molecularplant-microbe interactions 上发表的一篇综述文章《Modulation of Host Immunity by Beneficial Microbes》，文章通过根瘤菌-豆科植物的共生协作、菌根-宿主植物的共生协作和有益菌-宿主植物非共生协作三种典型的有益微生物-宿主协作关系，详细介绍了共生和非共生有益微生物是如何调节宿主免疫，并讨论了局部和系统的防御反应在建立两者微妙平衡中发挥的作用。今天，我们从根瘤菌-豆科宿主植物的协作关系开始，看他们是如何相爱相杀的。
在我潜意识中，根瘤菌（左）和豆科植物（右，苜蓿）是两情相悦的，我脑海中不禁浮现出这样一幅场景……
在根际大教堂中，一对新人根瘤菌和豆科植物终于要举办喜结连理的仪式……
神父：新郎根瘤君（菌），你是否愿意与身前这位绿色的植株结为共生体，无论胁迫还是衰老，都爱他，为他固氮，助他促生？
根瘤君：我愿意！
神父：新娘苜蓿，你是否……
苜蓿娘：不！
这和剧本不一样啊？Why？这里，Christos Zamioudis及其团队或许可以告诉答案，为什么豆科植物苜蓿居然拒绝了其有益共生体——根瘤菌。说来话长，且听我娓娓道来。
根际中的免疫信号
原来共生和非共生有益微生物最初都会被认为是外来生物体（Alien oganisms）。为什么呢？这是源自于一种叫MAMPs的东西。无论是病原菌还是有益菌，都会自带MAMPs（microbe-associatedmolecular patterns），这种东西会相应触发植物体的免疫反应MTI（MAMP-triggered immunity）。也就是说根瘤菌身上带了违禁物品MAMPs，豆科植物的安检系统检测到了这一违禁物品并触发了免疫反应MTI（图A）。
图A 根际分泌物招募根瘤菌，宿主内的识别受体PRR感知到了根瘤菌的MAMPs，通过信号联机放大触发MTI防御机制。
根瘤菌逐步减少对宿主免疫系统的刺激
可惜的是MAMPs存在于根瘤菌内，根瘤菌并不能丢弃这个违禁品通过安检，只能通过“掩饰”的方式使宿主免疫系统对其MAMPs的识别最小化从而达到成功定殖的目的。这里举了一个例子。细菌鞭毛的主要结构性蛋白——鞭毛蛋白被植物免疫系统识别为MAMPs，其在植物中的受体叫FLS2，FLS2感应MAMPs而激发的宿主体内免疫反应就属于MTI反应。然而，有一种叫Sinorhizobium meliloti的根瘤菌自身的鞭毛蛋白异常分散，通过化整为零的方式成功定殖于宿主细胞（Felix et al. 1999）。
那么根瘤菌有没有办法主动化解这个免疫反应呢？当然有！
根瘤引起的MTI反应随后被抑制
为了成功定殖于豆科宿主，根瘤菌当然有办法！
办法1：表面多糖(Surfacepolysaccharides)抑制宿主防御反应
表面多糖——脂多糖类LPS（lipopolysaccharides）是革兰氏阴性动植物相关菌的外膜组分，其中有一种叫做S. meliloti的菌株，其纯化物在非宿主植物中会引发典型的免疫反应，在宿主植物中免疫反应则非常微弱，说明豆科植物逐渐形成复杂的LPS感知系统以区别对待病原体和共生体的应答反应。
另一种表面多糖——胞外多糖EPS（exopolysaccharides）是细菌在生理性和致病性方面分泌的高分子量糖类聚合物。研究表明， EPS不足的根瘤菌突变体的侵染失败与防御反应的感应相关，表明EPS参与抑制根瘤共生体的植物防御反应（图B）。
最后，两种胞外多糖抑制免疫反应的机制依然有待研究。
办法2：利用Nod信号途径抑制水杨酸依靠型防御反应
水杨酸是一种重要的抗活体营养和半活体营养病原菌的防御信号调节物质，其信号依靠基因NPR1转换，因此水杨酸是激活MTI过程中的主调节剂（图A）。根瘤菌为了抑制MTI以达成功定殖的目的，Nod因子传递了一系列共生信号，最终达到了局部影响水杨酸水平，减弱MTI使自己成功侵染。因为具体抑制的机制未知，这里用一个Symbiotic reprogramming表示，作者则认为Nod途径可能通过荷尔蒙干扰机制影响水杨酸信号途径的强度(Pieterse et al. 2009)(图B)。
图B. 表面多糖（SPS）在互作早期阶段的功能，更像是促进规避免疫反应的胞外效应蛋白（左T）。在随后的阶段，植物细胞内由结瘤因子感知而激活的共生程序的建立阻碍了MTI（右边信号途径）而其机制有待确定。根瘤菌通过type III分泌系统分泌的效应蛋白（红棕色图形）可能帮助抑制MTI反应或充当共生决定因子。
讲到这里，大家就差不多明白了，根瘤菌是如何通过多种手段证明自己是“友军”而最终“强行”进入豆科植物体内的。不过根瘤菌和豆科宿主植物相爱相杀的故事还没结束，还有一种情况，就是“带有病原菌特征”的根瘤菌，这一类根瘤菌是怎么侵染宿主植物的呢？
拥有TypeIII分泌系统的根瘤菌
植物和动物相关病原细菌及一些非致病细菌拥有特别的分泌机制，Type III分泌系统（type III secretionsystem，T3SS），可对宿主细胞直接注入毒性因子。对于病原菌，其依靠Type III分泌系统致病,而对于其他非致病细菌,Type III分泌系统分泌的蛋白可以干扰甚至控制宿主的生物学功能(Bartsev et al. 2004)。正因Type III分泌系统强大的功能，宿主将这些拥有Type III分泌系统的细菌特别对待，宿主的白介素受体的核苷酸结合部位富亮氨酸重复序列抗性（R）蛋白会特异性的识别这类细菌并触发比MTI更强大的ETI（effector-triggered immunity ,ETI），这个免疫程序会直接终结根瘤菌为了“蒙混过关”的Symbioticreprogramming，并将该菌判定为与宿主不兼容的入侵者（图C)。可见当宿主生物功能受威胁时，宿主再也不会睁一只眼闭一只眼容忍威胁者侵染）
图C.在宿主抗性蛋白识别同源根瘤效应蛋白的情况下，效应蛋白触发免疫反应（ETI）被激活，转而终结相互作用并判定细菌不兼容。
所以这类“危险”根瘤菌要怎么成功侵染呢？作者未做进一步说明，但是Yang和其团队的研究强调了共生性和病原性相互关系背后的普遍性识别及更进一步地表明根瘤菌可以逐渐抑制ETI以成功侵染。因此可以预见这类根瘤菌也会想方设法逐渐抑制ETI以成功侵染豆科宿主植物(Yang,2010)。
接下来是问答环节！
问：有证据证明宿主植物从无差别免疫到根瘤菌抑制免疫反应从而成功侵染的改变吗？
答：有。证据1：一种叫的菌株S. meliloti，其纯化的LPS（脂多糖）在非宿主细胞会引发免疫反应，而在宿主细胞中仅发生微弱的免疫应答反应。证据2：刺参的根可以应答flg22（一种防御反应激活因子），但无法应答从Mesorhizobium loti菌株纯化的flg22。相关证据还有很多，这些证据表明，根瘤菌面对宿主的免疫反应，出现了适应性进化，通过规避触发免疫反应受体的识别及抑制免疫反应达到成功侵染的目的。
问：宿主植物对于根瘤菌-豆科宿主植物这个从无差别免疫到根瘤菌抑制免疫反应从而成功侵染这个过程，拥有记忆吗？或者说下次碰到根瘤菌，宿主植物还会这样做吗？
答：Reimer-Michalski EM等2016年发表在的《Innate immune memory in plant》表明植物具有先天的免疫记忆，但是相关机制及免疫记忆的方式依然有待研究和证明。猫小编认为，在根瘤菌-豆科植物的相互作用中也存在免疫记忆，即下次同源根瘤菌打算侵染时免疫系统会“放行”，但是其具体运行模式和机制还需要更多的证据证明。
好啦，今天的内容说完了，大家有问题记得踊跃提问噢！期待下一期的有益微生物对宿主的免疫调节连载吧！
-The End-
南京农业大学根际微生态与调控实验室，
Lab of rhizospher Micro-ecology & Management
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