PLoS 发现植物根部微生物定植的关键基因

时间:2021年12月24日
来源:PLoS ONE

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一些微生物可以形成一种被称为生物膜的薄膜,通过保护这些微生物免受营养缺乏等压力,使它们具有优势。一些生物膜也有利于植物和其他宿主生物。一项新的研究发现,细菌中的一种酶是在柳树和杨木上形成有益生物膜的关键。这项研究可能会导致对医学和农业至关重要的微生物研究取得进展。

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一些微生物可以形成被称为生物膜的薄膜。这些生物膜使它们比其他微生物更有优势,保护它们免受营养缺乏或环境中有害物质存在的压力。研究人员经常关注病原体用来抵抗抗生素的生物膜。然而,一些生物膜对植物和其他宿主生物是有帮助的。在之前的工作中,研究人员发现Pantoea sp. YR343,一种促进植物生长的细菌,沿着杨树(包括柳树和杨树)的根表面形成了坚固的生物膜。科学家对植物根部生物膜形成背后的机制知之甚少,尤其是在遗传水平上。然而,研究发现被称为双胍酸环化酶的酶是生物膜形成的关键。这项新研究已经鉴定了一种双胍酸环化酶DGC2884,当细菌在植物根部定植并形成生物膜时,该酶在植物中特异性表达。

双胍酸环化酶存在于许多种类的细菌中。这些酶控制多种行为,包括细菌如何形成生物膜、引起疾病和移动。该研究表明,一种特殊的双胍酸环化酶DGC2884在生物膜形成和细菌靠近植物时起作用。本研究还发现了可能参与根定殖的基因,表明根定殖可能在遗传水平上受到控制。这将有助于微生物学家和其他研究人员更好地了解细菌是如何在根表面定植的,以及基因表达是如何发挥作用的。这一结果也可能帮助科学家研究对医学和农业至关重要的微生物的类似行为。

总结

本研究使用启动子报告基因构建了一个在植物存在下表达的双胍酸环化酶DGC2884。研究人员进一步描述了这种酶,并确定当过表达时,它会影响胞外多糖的产生、生物膜的形成、运动性和膜的形成。他们还证明了n端跨膜结构域以及一个有功能的GGDEF活性位点是DGC2884活性所必需的。基于Pantoea sp. YR343中DGC2884过表达相关的表型,科学家们进行转座子诱变,以识别不再具有DGC2884过表达时所观察到的独特表型的基因。他们通过这个筛选鉴定了58个不同的基因,并选择了转座子突变体的一个子集进行进一步的鉴定。有趣的是,与野生型对照相比,影响VI型分泌的突变,以及核苷二磷酸激酶和ABC转运蛋白的突变,定殖增加,而影响胞外多糖生产的突变导致定殖减少。此外,他们发现一些突变体主要表现在根系定殖模式上,而不是定殖数量上,这表明某些根系定殖模式可能在遗传水平上被调节。

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