研究揭示細菌信號分子誘導植物防衛預警新機制

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中科院微生物所賈燕濤研究組與河北省科學院生物研究所宋水山團隊合作，揭示了群體感應AHL信號分子3OC8-HSL通過茉莉酸（JA）和生長素（Auxin）協同調控誘導植物防衛預警的分子機制。相關研究近日發表于《植物科學前沿》。

細菌群體感是細菌之間的一種交流方式，細菌通過感知信號分子的濃度調控細菌的群體行為，以提高對復雜環境的適應性。植物防衛預警是指當植物面臨生物或非生物脅迫刺激時，誘導植物進入預警狀態；而植物再次遭遇外界脅迫時，可以啟動更快速、更高強度的應激反應。AHL是革蘭氏陰性細菌中重要的群體感應信號分子，也能跨界調控植物基因表達，激發植物的防衛預警反應。在植物-病原互作過程中，處于防衛預警狀態的植物能夠提高植物對病原菌的抗性，但其誘導植物抗病反應的分子機制尚不清楚。

研究發現3OC8-HSL預處理的擬南芥和大白菜可以啟動對死體營養型病原菌胡蘿卜軟腐果膠桿菌Pcc的防衛預警，顯著降低了軟腐病的發生。茉莉酸作為植物抵抗死體營養型病原菌的防御激素，在Pcc入侵時能夠快速觸發處于預警狀態植物的JA積累，誘導JA合成和應答基因的表達。在JA識別突變體coi1-1和合成功能缺陷突變體jar1-1中未觀察到AHL誘導的防衛預警狀態，表明植物對Pcc抗性的防衛預警依賴于JA通路。雖然AHL并不能從根部向地上部分傳遞，但AHL可以影響生長素轉運蛋白PIN3的分布，顯著誘導葉片中生長素信號通路相關基因的表達。外源IAA根處理，可以激活植物對Pcc的抗性。

該研究解析了AHL介導植物與微生物交叉對話的分子機制，證明了AHL激發JA途徑與生長素途徑的協同作用，誘導植物防衛預警并增強了植物對病原菌的抗性，為AHL作為新型植物生長誘抗劑的開發和應用奠定理論基礎。