土壤细菌如何抵抗逃脱粘性根系陷阱

土壤中充满了微生物。植物根部外表面的特殊边界细胞抵抗这些微生物，因为根部穿透土壤以寻找水和养分。6月23日在PLOS病原体上发表的一项研究揭示了植物病原体如何抵抗粘性根边缘细胞分泌物的诱捕。

R. solanacearum是一种土壤传播的细菌，可在多种植物中引起破坏性枯萎病，包括经济上重要的作物，如马铃薯，番茄和香蕉。R. solanacearum生活在土壤中，闻到根，通过伤口或自然开口进入它们，然后繁殖和扩散，最终阻碍水运系统并导致植物枯萎和死亡。

来自美国麦迪逊威斯康星大学的Caitilyn Allen及其同事使用豌豆(一种用于研究根边缘细胞的模型系统)和番茄(一种经济上重要的天然宿主)来研究边缘细胞与青枯菌(R. solanacearum)之间的相互作用。病原。

研究人员发现，在与青枯雷尔氏菌接触后，豌豆和番茄根部边缘细胞都会通过释放DNA作出反应，从而形成缠绕细菌的粘性陷阱。研究人员观察到大约25%的纠缠细菌在陷阱中被杀死。抗菌活性取决于细胞外DNA和组蛋白H4的存在，组蛋白H4是植物和动物细胞中存在的DNA相关蛋白。

当研究人员将豌豆根暴露于几种类型的无害细菌时，没有DNA分泌，这表明该反应是针对有害攻击者的特定防御。

为了确定触发根中细胞外诱捕反应的特定病原体信号，研究人员研究了R. solanacearum的菌株，其中许多基因的突变编码候选信号。在形成螺旋状细菌尾部的基因中具有突变的两个菌株未能诱导陷阱形成，表明这种结构，即所谓的鞭毛，被宿主识别为危险信号。

R. solanacearum的基因组包含两个基因(nucA和nucB)，它们编码所谓的核酸内切酶，分子剪刀可以切割成DNA分子并切碎它们。两种内切核酸酶都含有导致它们从细菌细胞中输出并释放到环境中的信号。为了测试这些核酸内切酶是否能够破坏植物根系设置的陷阱，研究人员创造了缺乏一种或两种nuc基因的R. solanacearum突变体。

他们发现，虽然非突变的R. solanacearum细菌很快从豌豆根边缘细胞陷阱中逃脱，但缺失这两种核酸酶的突变细菌仍然固定不动。突变细菌在侵入西红柿(其天然宿主)根部的能力方面也受到损害。添加纯化的核酸酶(NucA，NucB或称为DNase I的非细菌形式)导致细菌从陷阱中逃逸。这些结果一起证明植物病原体使用核酸酶来逃避由宿主根边缘细胞产生的细胞外DNA陷阱。

“据我们所知，”研究人员说，“这是DNase首次报道植物发病机制”。他们在动物和植物中类似的基于DNA的防御的明显独立进化的背景下讨论这一点：植物根边缘细胞和动物巨噬细胞都部署含有DNA的细胞外陷阱并杀死病原体。作为回应，病原体使用分泌酶来破坏DNA。

了解植物根部的宿主 - 病原体相互作用可能有助于育种或改造抗病植物变种。