综述:植物-微生物相互作用的共同进化、友敌关系的连续性以及微生物组工程:为实现可持续未来而努力的方向

时间:2026年1月31日
来源:Molecular Plant

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植物-微生物共生关系在4.5亿年进化中驱动陆地生命发展,互惠共生与病原体通过趋同进化共享植物免疫逃逸策略。基于器官起源、根进化与免疫调控三框架,整合分子开关与进化约束,提出氮利用、合成菌群构建、免疫受体工程等农业应用策略,形成预测性进化框架指导可持续农业。

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摘要

在大约4.5亿年的时间里,植物与微生物(PM)之间的共同进化一直是陆地生命发展的根本驱动力,形成了互惠共生、共栖以及病原关系等多种多样的互动模式。为了适应宿主环境,互惠共生者和病原体之间发展出了许多共同的策略,使它们能够逃避或调节植物的免疫系统。本文从三个核心层面(细胞器起源、根系进化以及免疫机制)出发,综合探讨了植物与微生物的共同进化过程,将古代的内共生事件(线粒体、叶绿体和硝化体)与现代的全生物体表型及生物技术应用联系起来。我们基于共同进化过程中的成本效益分析及临界点概念,梳理了这种“朋友-敌人”关系的演变规律,并利用已发现的分子调控机制及进化限制,提出了可用于工程化设计植物-微生物相互作用的实用策略。除了提供现有的技术工具外,本文还结合了最新研究成果,分析了宿主与微生物的遗传特性、进化动态、环境与生态条件以及代谢调控机制等因素如何共同决定微生物生活方式的转变。最后,我们提出了具体的、可验证的策略,以促进基于共同进化原理的作物改良,明确了在氮素利用、合成微生物群落、免疫受体工程、植物免疫记忆调控以及通过基因组编辑、合成生物学、人工智能和微生物组工程实现微生物组整合育种等方面的短期可实现目标与长期探索方向。这些方法将现有的研究综合成一个具有预测性的、基于进化原理的框架,为可持续和具有韧性的农业发展提供了功能性的指导方案。

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