生活在植物组织上或组织内的微生物形成了我们所知的植物微生物群。由于有益微生物的存在，这一界面对植物的生存起着重要的作用。生长在不同环境中的植物可能有相似的微生物群，也可能随着时间的推移根据环境因素而发生变化。这种复杂的微生物群落通过在宿主和微生物之间交换信号来组装和变化。
在最近的一项研究中，研究人员收集并过滤了大量数据，使用计算方法的组合来确定新的机制。然后他们用实验来验证这些机制。这种数据挖掘导致了宿主运输机制和影响植物根部有益细菌定植的化学信号的发现。
这项研究发表在《当代生物学》杂志上。
在整个生命之树上，微生物组通过宿主植物和它们的微生物伙伴之间的复杂对话聚集在一起。这项研究增加了关于这些对话的科学知识。该研究强调了寄主植物如何运输影响微生物如何定植微生物组的分子的独特作用。
这项工作使用了一种实验方法来过滤大型数据集。这种方法将提高研究人员识别新化学信号的能力。了解与有益微生物增加定植有关的信号分子将有助于科学家探索帮助植物抵抗病原体和减少环境压力影响的新方法。
为了能够在任何序列数据集中识别微生物分类群，研究人员从每个公开可用的测序基因组中构建了kmer档案。利用橡树岭国家实验室Summit超级计算机上的这些kmer档案和ParaKraken代码库，他们分析了一个普通花园中生长的大约500个毛杨基因型的叶片和木质部组织的元转录组测序数据。
这种方法使研究人员能够检测到生活在这些植物组织中的数千种微生物。他们利用每个物种的丰度作为全基因组关联研究的表型，以确定哪些植物基因可能影响每个微生物物种的定植。这导致了宿主植物在其微生物组中选择特定微生物物种的过程的丰富视图。
研究人员发现，两种不同的微生物物种都受到植物木质部(茎)组织中两种肌醇转运蛋白的影响。为了进一步研究这一发现，他们使用了模式植物拟南芥(一种小型芥菜杂草)来进行研究。他们使用现有的拟南芥系，其中这些肌醇转运蛋白被删除，并测量了在敲除系中拟南芥幼苗根的定植水平，与在实验室检测中含有这些基因的对照对照，将幼苗生长在琼脂板上。
他们发现，没有肌醇转运体的拟南芥系的定植水平显著降低。此外，当研究人员在琼脂板的生长培养基中添加肌醇时，定植水平恢复了。他们发现，在田间生长的树木的茎组织和在实验室生长的芥菜杂草幼苗的根中，细菌的定植是由相同的基因控制的。
这一显著的发现表明，这种机制在非常不同类型的植物中都具有很强的保守性。研究人员进一步研究了肌醇的作用模式，肌醇是一种已知的植物内部信号分子。令人惊讶的是，他们发现敲除植物信号级联中的基因并不会影响拟南芥根系的定植水平。
肌醇是一种某些细菌可以作为食物来源的糖，因此研究人员敲除了细菌中肌醇的分解代谢途径，发现这也不影响定植。然而，研究人员确实发现肌醇显著影响了细菌的运动性(游泳能力)。因此，似乎植物利用肌醇的作用从未被研究过，特别是作为跨界信号分子。因此，植物似乎将肌醇从其组织中抽出，以触发特定的细菌游向植物根部并在其上定居。
本研究发现并证实了植物代谢产物肌醇作为一种真核来源的信号分子在调节微生物活动中的保守转运作用。
更多信息:Bridget S. O'Banion等，植物肌醇转运影响细菌定植表型，Current Biology(2023)。DOI: 10.1016 / j.cub.2023.06.057
由美国能源部提供
引文:跨王国信号传导构建植物微生物组(2023,10月19日)2023年10月19日检索自https://phys.org/news/2023-10-kingdoms-microbiome.html
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