Science揭示免疫重要發現

　　得益于發表在7月16日《科學》（Science）雜志上的一項研究，科學家們最終窺探到了防御激素在地上和地下塑造植物健康的機制。研究結果揭示了一種擬南芥防御激素水楊酸（salicylic acid），是如何在幫助植物保護嫩芽和葉子健康的同時，引導其根內部及周圍的微生物群落生長的。 杜克大學生物學教授董欣年（Xinnian Dong，未參與該研究）說：“這是第一項研究真正將這種激素和與根有關的微生物組關聯到一起。

　　根部共生微生物可為植物提供許多的好處，包括提高對熱、干旱和酸等環境壓力的耐受力，幫助植物獲得營養。但對于植物對地下微生物群落的影響，或是植物免疫系統與它在土壤中遭遇的細菌之間的互作機制卻知之甚少。

　　為了探究這些相互作用，田納西州大學的Sarah Lebeis和同事們培育出了一些擬南芥突變株，它們的生物合成或是對于不同的關鍵防御免疫激素，包括水楊酸、茉莉酸和乙烯的信號檢測存在缺陷。隨后，他們利用DNA測序分析了突變植物根內部和周圍的細菌群落。

　　當他們比較突變和野生型擬南芥的細菌概況時，研究人員發現不僅在品種和物種水平上，并按更高的分類順序根部菌群之間存在顯著的差異。

　　“在我們的一些突變株中，我們看見了我們稱之為失控的現象。本不該有的微生物卻存在于那里，”Lebeis說。

　　這一效應在無法生成或響應水楊酸的突變株中最為顯著。“我們發現水楊酸以及生成這一激素的能力是植物控制菌群必要的基本特征之一，”Lebeis說。

　　在擬南芥的嫩芽和葉子中，生成的水楊酸通過觸發廣泛的免疫反應幫助植物抵御了病原菌，包括提高了一些抗菌劑生成。然而這一化合物似乎在根系統中發揮了略微不同的作用，其提高了一些微生物的豐度，并降低或是消除了另一些微生物。

　　論文的共同作者、北卡羅來納大學教堂山分校生物學教授Jeff Dangl說：“某些微生物實際上并不能進入或接觸水楊酸缺陷的根部。這表明在野生型植物中，水楊酸實際上是招募這些微生物的必要條件。”

　　董欣年說：“有趣的是這一植物激素在嫩芽和根中發揮著完全相反的作用。根組織經常暴露于微生物下——幾乎就像一個腸道。這里既有有益微生物也有致病微生物，因此你不會想看到有一個防御機制來抑制這些有益的微生物。”

　　Lebeis說，當前仍然不清楚擬南芥中水楊酸生物合成是如何將一些類型的細菌吸引到根部而阻斷另一些的，不過有一些選擇性微生物能夠利用水楊酸來作為碳源。結果并沒有表明是水楊酸，還是這一激素的改造版或是降解產物執行了這一功能。

　　密歇根州立大學博士生James Kremer（未參與該研究）謹慎地指出，通過DNA測序來鑒別細菌種群不能夠完全捕獲植物-微生物互作的復雜性。“它沒有顯示誰真正存活，誰在做事，誰 在表達基因，誰在制造蛋白。但他們鑒別出了細菌種群的差異，這是這一領域一個巨大的進展。”

　　Kremer說：“利用土壤中所有的這些微生物是未來可持續農業主要的方向之一。現在我們還不知道如何操控植物來幫助招募這些有益的細菌。這一研究結果為實現這一目標奠定了很好的基石。”