浙江
青枯病是由青枯雷尔氏菌引起的番茄重要病害，田间植株发病往往呈斑块状分布。近日，南京农业大学韦中教授与芬兰赫尔辛基大学Ville-Petri Friman教授团队在《自然·微生物学》发表论文，发现细菌与噬菌体的共进化通过抗性-毒力权衡机制直接驱动了这种空间异质性。 南京农业大学为论文的第一完成单位，韦中教授与芬兰赫尔辛基大学Ville-Petri Friman教授为共同通讯作者。
研究团队从中国南京、宁波、南昌和南宁四个相距遥远的番茄主产区分别采集了根际的土壤样本。并且每个田块选取12株番茄，其中既有发病的植株也有健康的植株，他们从每株植物根际分离出24个青枯病菌株和1个噬菌体群体，总共获得1152株细菌和48个噬菌体群体。随后研究团队将这些细菌与噬菌体进行交叉感染测试，结果发现，噬菌体对同田块甚至同植株来源的细菌感染效率最高，而对其他田块细菌的感染能力明显下降，这种局域适应在南京和南宁两个田块中尤为突出。此外，健康植株根际分离出的青枯病菌对噬菌体的抗性普遍高于发病植株来源的菌株，感染网络分析也显示噬菌体与细菌之间的互作关系呈现出显著的模块化结构。
进一步研究团队选取了80株代表性青枯病菌做了全基因组测序。他们发现不同田块的菌株携带各自特有的抗噬菌体防御系统，即宁波田块的菌株独有GAO_19系统，南昌田块独有Lamassu、pAgo和RosmerTA系统，而南宁田块则是唯一检测到CRISPR-Cas系统的田块。他们发现健康植株来源菌株的抗噬菌体防御系统多样性显著高于发病植株的菌株，这与前者更高的噬菌体抗性表型刚好吻合。不过，已知防御系统的差异只能解释实测抗性变异的一小部分，说明了其他机制比如噬菌体受体蛋白的突变在田间局部适应中可能扮演了更重要的角色。
研究人员在温室条件下测定了这80株青枯病菌对番茄的致病能力，结果发现一个非常清晰的权衡关系：无论菌株来自哪个田块，其对噬菌体的抗性越强，在植物体内造成的病害就越轻。这些高抗性菌株在无噬菌体环境下的生长速率和最大种群密度也明显更低。从健康植株分离的菌株不仅毒力更弱，其最大生长速率在所有四个田块中均显著低于发病植株的菌株，部分田块中健康植株菌株的种群承载能力也大幅下降。
研究团队为了验证噬菌体选择是否真的能够驱动毒力下降，他们以南京田块分离的一株代表性青枯病菌为祖先菌株，在番茄根际环境中分别用来自四个不同田块的四株烈性噬菌体进行独立的进化实验。结果发现所有噬菌体处理均显著降低了青枯病的发病率，并有效抑制了病原菌在根际的种群密度。而进化后的病原菌对其经历的特异性噬菌体产生了明显抗性，但对来自其他田块的噬菌体交叉抗性水平较低。随后团队全基因组重测序的结果显示不同噬菌体处理各自选择了特异的突变位点，多数集中在编码II型分泌系统的gspD和gspG基因以及编码III型效应蛋白的ripS6基因上。最后，他们通过构建基因敲除突变体，研究团队证实上述基因的缺失不仅赋予了对特定田块噬菌体的高抗性，同时几乎完全消除了病原菌对番茄的致病能力。
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