我的地盘我做主植物三萜类化合物决定根际微
中科院青促会张晓伟
（中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所）
评述论文：AspecializedmetabolicnetworkselectivelymodulatesArabidopsisrootmicrobiota(Science10May:Vol,Issue)
植物生长需要从土壤中获取营养，研究表明植物并非孤军奋战，长期进化中能够与土壤微生物相互作用，形成根际微生物群。根际是受根系分泌物影响的土壤狭窄地带，微生物群落复杂多样，数以万计，被称为植物的第二基因组，对植物的健康至关重要[1]。微生物可以分解土壤中的腐殖质、疏松土壤，也可以抑制有害微生物，甚至作用于调节植物免疫促进植物生长[1]。有些微生物如菌根真菌和根瘤菌可以进入植物的根部，帮助植物吸收磷、氮等元素[2]。越来越多的证据表明不同的植物物种在同一土壤上生长时，拥有特定的微生物群落。然而，这种特异的根际微生物的富集以及植物影响微生物群落的机制仍然难以确定。
为适应不同的环境压力，植物进化出产生大量特殊代谢物的能力。有些被证实直接参与植物与微生物的互作，例如黄酮类和独脚金内酯直接参与植物与根瘤菌、菌根真菌的信号交换[3]。那么，是否有植物的代谢产物可以控制根际微生物？在本期Science杂志中，Huang等解析了拟南芥三萜Thalianin、Arabidin和thaliana中链脂肪酸酯的合成途径，通过基因共表达特性寻找到新的参与合成的基因，鉴定合成过程中生成的中间产物和终产物，最终证实三萜合成途径可以直接改变根系细菌微生物组。以三萜合成中THAS（编码鲨烯环化酶）、THAH和THAO（编码细胞色素P）、THAA2（编码酰基转移酶）4个关键的基因为研究对象，获得相应的基因T-DNA和CRISPR/Cas9的敲除突变体。分析发现拟南芥野生型和突变体的根系微生物组存在显著差异（图1）。同一个基因的两个独立突变体（thas-ko1和thas-ko2，thaa2-ko和thaa-crispr）呈现出相似的根系微生物组，进一步证实三萜化合物的差异是导致根系微生物组差异的主要原因。
为了获得三萜化合物对根系微生物生长的直接证据，作者分离培养19个根系细菌，分别测试在8种三萜化合物对其生长的影响。三萜化合物选择性的调控根系细菌的生长，可以促进Proteobacteria和Firmicutes菌门细菌的生长，抑制Actinobacteria菌门细菌的生长（图2）。这些结果与根系微生物组测序结果在菌属水平存在很好的一致性。三萜化合物针对性的调节根系微生物群落很好的解释植物代谢多样性可能是与微生物交流和认识的基础，使微生物群落符合宿主的需求，在一定程度上也可以解释植物特定代谢产物存在的必要性。正所谓我的地盘我做主。
图1.拟南芥三萜类化合物合成途径突变体的根系微生物组成与野生型显著不同
图2.三萜类化合物对拟南芥根系微生物生长的影响
三萜化合物是一个庞大的家族，承接植物与根际微生物相关的业务，它们独具慧眼，能够清晰分辨出为植物带来收益的菌群，而把害虫拒之门外或者直接处理。三萜化合物种类繁多，植物的根部有其特异的“精英业务员”，即三萜合成途径不同的中间产物或者终产物组合，促进或者抑制某些种类微生物群落的生长，最终形成植物根际微生物的特异性。此项研究结果对人为导向调控土壤微生物种类，使之更好的服务于农业生产提供可行的方法。
述评人简介张晓伟博士，中科院中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所副研究员。主要从事植物与微生物互作研究。
参考文献：
1.R.L.R.L.Berendsen,C.M.J.Pieterse,P.A.H.M.Bakker,Therhizospheremicrobiomeandplanthealth.TrendsPlantSci.17,–().
2.G.E.D.Oldroyd,J.D.Murray,P.S.Poole,J.A.Downie,Therulesofengagementinthelegume-rhizobialsymbiosis.AnnuRevGenet45,–().
3.G.E.D.Oldroyd,Speak,friend,andenter:signallingsystemsthatpromotebeneficialsymbioticassociationsinplants.NatRevMicrobiol11,().
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