PNAS | 植物内生菌SA187通过硫代谢介导拟南芥的耐盐性

撰文 | SHR

责编 | 王一

植物生长促生菌 （Plant growth–promoting bacteria, PGPR） 可以存活于植物根际、附生在植物表面或以内生菌的方式与植物建立互惠共生关系，进而促进植物生长并提高植物对生物/非生物胁迫的抗性 【1】 。PGPR的促生机制有多种，比如，PGPR可以从土壤中吸收氮、磷、铁等养分并转运至根际供植物吸收、可以调节植物激素水平 （生长素、乙烯、脱落酸等） 促进植物生长发育、或者通过激活植物的诱导系统抗性提高植物的抗病能力等 【2】 。因此，过去几十年里基于PGPR的产品在农业中得到广泛应用，但是目前关于PGPR提高植物生长及抗逆性的机制研究仍十分有限。

2013年，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 （King Abdullah University of Science and Technology） 的Heribert Hirt开展了“Darwin21”项目，旨在通过利用沙漠植物细菌改善干旱地区的农业可持续性。Heribert Hirt等人从Indigofera argentea的根瘤中分离出一种名为Enterobacter sp.SA187的内生菌，并发现其可以促进作物对热害、干旱和盐胁迫的耐受能力 【3】 ，但是具体作用机制尚不清楚。

近日，Heribert Hirt团队及其合作者通过分析正常和盐胁迫条件下SA187与拟南芥相互作用导致的菌株或植物体的遗传和代谢变化，发现SA187对拟南芥耐盐能力的诱导与硫代谢介导的氧化平衡调控有关。该研究成果以题为Coordinated bacterial and plant sulfur metabolism in Enterobacter sp. SA187–induced plant salt stress tolerance发表在PNAS上。

该研究首先基于转录组分析发现，SA187与拟南芥互作后，细菌体内与宿主植物初始接触和定殖相关的基因以及参与营养物质转运、碳代谢和能量代谢相关的基因被显著诱导。有趣的是，研究人员还发现与拟南芥的互作导致SA187体内与硫代谢 （土壤硫活化、硫转运以及甲硫氨酸代谢等） 相关的基因均显著上调。

同时，SA187的定殖显著提高了拟南芥根系 （非地上部） 的硫含量，并提高了拟南芥中与硫酸盐吸收、转运和代谢相关的基因的表达水平。而通过外源添加硫酸盐可以与SA187相似的提高拟南芥耐盐能力，表明硫酸盐在植物耐盐中发挥作用。进一步对硫代谢突变体的研究结果发现，硫酸盐代谢突变株均对盐胁迫十分敏感，但是SA187的定殖可以在很大程度上恢复这些突变株的生长表型，表明 SA187与硫代谢密切相关从而赋予拟南芥耐盐能力。该研究还发现 SA187可以通过提高拟南芥的GSH/GSSG 比值，从而维持盐胁迫条件下拟南芥体内的ROS稳态。上述结果表明SA187通过诱导拟南芥硫代谢并增强谷胱甘肽水平从而降低ROS的氧化伤害。

Model of SA187-induced sulfur metabolism and ethylene signaling in Arabidopsis

综上所述，该研究结果表明，SA187可以通过调节拟南芥的硫代谢，并通过调节氧化应激反应介导植物的耐盐能力。该研究揭示了PGPR和植物硫代谢在植物胁迫耐受性中的重要性。

参考文献：

【1】C. Andres-Barrao et al., Complete genome sequence analysis of Enterobacter sp.

SA187, a plant multi-stress tolerance promoting endophytic bacterium. Front. Microbiol. 8, 2023 (2017)

【2】B.-R. Glick, Plant growth-promoting bacteria: Mechanisms and applications. Scientifica (Cairo) 2012, 963401 (2012).

【3】C. Andres-Barrao et al., Complete genome sequence analysis of Enterobacter sp.

SA187, a plant multi-stress tolerance promoting endophytic bacterium. Front. Microbiol. 8, 2023 (2017)

原文链接：

https://www.pnas.org/content/118/46/e2107417118