释放微生物群的能量

数百种不同的细菌生活在植物的叶子和根部。苏黎世联邦理工学院微生物研究所的Julia Vorholt领导了一个研究小组，他们和德国的同事们在六年前首次对这些细菌进行了分类。那时，他们从生活在拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶子上的各种细菌群中分离出224个菌株。这些微生物可以组装成简化的或“合成的”植物微生物群落。研究人员因此为他们的两项新研究奠定了基础，这两项研究刚刚发表在《自然植物》(Nature Plants)和《自然微生物学》(Nature Microbiology)杂志上。

量控制对植物的反应

 在第一项研究中，研究人员调查了植物是如何应对微生物的入侵的。Vorholt的团队将细菌培养物滴在无菌条件下培养的植物叶子上。正如预期的那样，不同类型的细菌在植物中引发了不同的反应。例如，暴露于某些γ proteobacteria属的水芹植物总共激活了3000多个不同的基因，而暴露于αproteobacteria属的水芹植物平均只激活了88个基因。

“尽管植物对不同细菌的反应范围很广，但我们惊讶地发现了一个核心反应:植物实际上总是激活24个核心基因，”Vorholt说。但这并不是该团队发现的全部:这24个基因的激活强度提供了细菌在植物上的殖民范围的信息，作为一种对植物反应的体积控制。这种体积控制也预测了植物在适应新物种时将激活多少额外的基因。

Vorholt的团队发现，这24个基因中有一些缺陷的植物更容易受到有害细菌的影响。由于其他研究已经注意到核心组中的一些基因也参与了植物对渗透休克或真菌感染的反应，ETH研究人员推断这24个基因构成了一般的防御反应。“这看起来像是一种免疫训练，尽管我们使用的细菌不是病原体，而是自然群落中的伙伴，”Vorholt说。

细菌群落失去控制

 在第二项研究中，Vorholt和她的团队探索了当突变导致植物缺乏一个或几个基因时，细菌群落是如何变化的。该团队希望看到受体的基因缺陷，植物用来检测微生物的存在，在这个故事中起了重要作用。

他们没有预料到的是，一种基因缺陷会产生最大的影响:如果植物缺乏某种酶，一种NADPH氧化酶，细菌群落就会失去平衡。植物利用这种酶产生高活性氧自由基，具有抗菌作用。在没有这种NADPH氧化酶的情况下，在正常环境下平静地生活在叶子上的微生物发展成为所谓的条件致病菌。

NADPH氧化酶是在负责一般防御反应的24个核心基因中发现的吗?“不，这太好了，不可能是真的，”Vorholt研究小组的成员和该研究的主要作者Sebastian Pfeilmeier说。这是因为负责NADPH氧化酶的基因在与微生物接触之前就启动了，而且因为酶被磷酸化控制的化学反应激活。

对于Vorholt来说，这两项研究表明，合成微生物群是研究不同群落内部复杂相互作用的一种有前途的方法。“因为我们可以控制和精确地设计群落，我们可以做的远远不止观察发生了什么。除了简单地确定因果关系外，我们还可以在分子水平上理解它们，”Vorholt说。“一个理想的微生物群可以保护植物不受疾病的侵袭，同时也能使它们更能适应干旱和盐碱环境。这就是为什么农业行业对该团队的研究结果感兴趣。它们应该在未来帮助农民利用微生物群的力量。”

原文标题：A general non-self response as part of plant immunity