根际微生物群落是土壤生态环境最重要的组成部分，对植物的生长、养分获取以及对生物和非生物胁迫的抗性具有重要影响【1】。荧光假单胞菌被发现在促进植物生长和病害生物防治中发挥重要的作用【2】，同时有研究显示植物对土壤中有益假单胞菌落的组成和种群数量有较大影响，但是植物调控土壤中有益微生物菌落的遗传分子机制尚不清楚。细胞膜受体蛋白激酶FERONIA（FER）名称源自拉丁语中的“春天女神”，其在植物的生长发育、生殖、以及逆境胁迫响应中都发挥重要作用【3】，但FERONIA是否参与了植物根际微生物群落的调控尚不清楚。5月10日，加拿大英属哥伦比亚大学的科研人员在Nature Plants杂志发表了题为FERONIA restricts Pseudomonas in the rhizosphere microbiome via regulation of reactive oxygen species的研究论文，揭示了细胞膜受体激酶FERONIA通过调节ROS的产生调控植物根际有益假单胞菌群的新机制。本研究中，研究人员首先通过突变体筛选，鉴定到一个激素诱导免疫抑制突变体hsm13，并发现该突变体可以影响根际荧光假单胞菌WCS365的种群水平。经过测序技术协助下图位克隆数据的分组混合分析，确定了hsm13突变体是FER基因（fer-8）的等位基因突变型。为了证实fer-8的功能，分析突变体和野生型根际微生物组的16s核糖体RNA数据，显示在fer-8突变体植株的根际，假单胞菌属的大多数细菌得到富集并且在门一级分类水平没有出现群落失调。通过微生物组转移实验，确定fer-8突变体富集的微生物菌落可以促进植物的生长，而且不会对植物造成明显的病害。为了研究fer-8调控根际微生物组的分子机制，对fer-8突变体的转录组进行分析，发现茉莉酸（JA）单独调控的免疫和茉莉酸-水杨酸（JA-SA）拮抗调控的免疫均与根际微生物组的变化没有明显相关性。前期研究表明，FER通过小G蛋白（ROP2）调控MAMP诱导的ROS爆发和根部的基础ROS水平，而ROP2是质膜上NADPH氧化酶的正调节因子【4,5】。经过不同基因突变体遗传分析，发现ROP2介导的基础水平ROS调控是根际假单胞菌生长调节的必要条件。FER是多个RALF蛋白的受体【4,6】，研究人员通过外施和过表达RALF23蛋白，发现病菌入侵后，植物可能通过RALF-FER信号通路增加假单胞菌的群体。综上所述，该研究发现了根际假单胞菌落的一种负调控新机制，即FER通过依赖于ROP2的NADPH氧化酶活性调节基础ROS的产生，进而抑制假单胞菌落。这一工作表明，单一的调节因子和简单的调节途径可以富集复杂根际微生物群中有益的假单胞菌，研究结果对指导新型农业育种和微生物群工程实践具有重要意义。参考文献：
【1】Lugtenberg, B. & Kamilova, F. Plant-growth-promoting rhizobacteria. Annu. Rev. Microbiol. 63, 541–556 (2009).
【2】Haas, D. & Defago, G. Biological control of soil-borne pathogens by fuorescent pseudomonads. Nat. Rev. Microbiol. 3, 307–319 (2005)
【3】Zhang, X., Yang, Z., Wu, D. & Yu, F. RALF–FERONIA signaling: linking plant immune response with cell growth. Plant Commun. 1, 100084 (2020).
【4】Stegmann, M. et al. Te receptor kinase FER is a RALF-regulated scaffold controlling plant immune signaling. Science 355, 287–289 (2017).
【5】Duan, Q., Kita, D., Li, C., Cheung, A. Y. & Wu, H. M. FERONIA receptor-like kinase regulates RHO GTPase signaling of root hair development. Proc. Natl Acad. Sci. USA 107, 17821–17826 (2010)
【6】Xiao, Y. et al. Mechanisms of RALF peptide perception by a heterotypic receptor complex. Nature 572, 270–274 (2019)
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-021-00914-0