有益菌是把双刃剑

2023-04-18 15:03:45来源：互联网

紫花苜蓿，在拉丁语中也称为 Medicago sativa，是一种农作物，属于豆科植物。它被认为是奶牛富含蛋白质的食物来源，易于消化，可以增加牛奶产量。如果您喜欢冰淇淋或其他乳制品，这是个好消息。

然而，紫花苜蓿易受常见的真菌病害影响，例如春季黑茎病或根腐病，这会限制作物产量。

特拉华大学植物生物学家 Harsh Bais 和博士后研究员 Amanda Rosier最近在植物杂志上发表的一篇论文表明，UD1022 是一种 UD 专利的有益细菌，可以保护苜蓿植物免受引起植物病害的真菌病原体的侵害。

(资料图片仅供参考)

UD 专利微生物 UD1022 是一种独特的枯草芽孢杆菌菌株，这是一种天然有益细菌，生活在根表面和周围土壤或根际。UD1022 被称为生长促进剂，可以帮助植物茁壮成长。它也被认为是一种植物保护剂，因为它能够帮助植物在受到这些微观病原体之一的攻击时产生全系统的抵抗力。

该论文的第一作者 Rosier 通过之前的工作了解到 UD1022 对豌豆和小扁豆等豆类植物有益。她想知道 UD1022 是否能帮助苜蓿抵御常见的真菌病害。因此，她在实验室中用 UD1022 挑战四种不同的真菌病原体，看看它是否能阻止真菌感染紫花苜蓿。它做了。

Rosier 说，她认为这是因为像 UD1022 这样的枯草芽孢杆菌会产生一种称为表面活性素的分子，这种分子起着抗生素的作用，增强了植物的真菌抗性。为了验证这一理论，她去除了 UD1022 中产生这种抗生素的基因，然后重新测试了经过修饰的 UD1022 细菌和真菌菌株。Rosier 发现，如果没有产生表面活性素的基因，UD1022 就失去了作为广谱抗真菌剂的能力。进一步的实验表明，生物膜——帮助微生物粘附在植物上的厚厚的含糖涂层——也在 UD1022 抑制某些物种中的苜蓿真菌病原体的能力中发挥作用。

这是个好消息，可以为进一步的植物和实地研究铺平道路，以了解这种对抗行为。

然而，Rosier 和 Bais 发现，并非 UD1022 的所有特性都是普遍有益的。确实，UD1022的关系看起来很复杂，这个臭名昭著的植物帮手甚至可能有阴暗面。

对朋友和敌人都不友好

UD1022 存在于植物根部表面，有助于促进植物生长。它已被证明对一些与根瘤菌相互作用的豆科植物特别有帮助，根瘤菌是一种与豌豆和扁豆科植物形成特殊关系的好细菌。

根瘤菌生活在植物根部的根瘤内，固定大气中的氮，这是一种对植物生长至关重要的必需营养素，通常很难获取。这是一种共生关系，植物以氮为食，而细菌则安家。

UD1022 已获得巴斯夫许可，并被纳入已上市并在美国和加拿大销售的四种商业产品中。一种名为 Nodulator Duo 的成功商业产品在美国和加拿大销售并用于促进豌豆和小扁豆的固氮作用和植物健康。

在早期的工作中，Rosier 表明根瘤菌等形成根瘤的细菌使用一种称为群体感应的通信方式，信号分子在其群落中呼叫类似细胞，并告诉它们在植物根部定殖并帮助固氮。

研究小组推测，由于已知 UD1022 在某些小扁豆-根瘤菌相互作用中非常有帮助，因此它也可能通过促进根系生长并为根瘤菌生长提供更多表面积而有益于苜蓿中的这种关联。

“但是当阿曼达做这个实验时，我们实际上看到了一个负面结果，”拜斯说。UD1022 非但没有起到帮助作用，反而以某种方式损害了植物与根瘤菌之间的联系，而且植物表现不佳。这项工作表明，UD1022 可以通过中断这种通信来有效地沉默这些信号分子。

这导致 Rosier 更深入地挖掘(是的，一个双关语)来解析根瘤菌和 UD1022 之间的这些细菌-细菌相互作用。研究小组知道根瘤菌会分泌化学物质来鼓励更多的细菌在根部定殖。当 Rosier 将 UD1022 直接添加到没有植物的根瘤菌中时，它无法生长。

在去年秋天发表的植物方法论文中，Rosier 描述了一种用肉眼可视化这种“群体感应”的方法，使用一种称为生物传感器的工具来检测这些通信信号分子。当生物传感器检测到培养皿上存在通信信号分子时，它会变成蓝色。蓝色的量越大越深，存在的通信信号就越多。更少的蓝色意味着更少的通信信号。

当她向紫花苜蓿植物中添加根瘤菌时，Rosier 观察到植物根表面有一个漂亮的蓝色斑点。但是当 Rosier 将根瘤菌和 UD1022 放在一起时，蓝色斑点几乎完全消失了。UD1022 正在分泌一种分子，该分子中断了根瘤菌发送的信息，使它自己的同类在植物根部定殖以帮助植物生长。这使植物面临更高的风险，因为它无法正确固氮。

“所以，我们有这种有益细菌 UD1022，在某些情况下，它可能不像我们想要的那样有益，所以我们必须谨慎使用它，”Rosier 说。

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