植物產(chǎn)生超過20萬種代謝物 (主要是指分子量小于1,000的化合物)，這些代謝物在植物的生活史中發(fā)揮著重要的生理功能。由于植物是固著生長，而根系周圍有大量的微生物（微生物組），長期以來人們認(rèn)為植物代謝物在植物與根系微生物互作方面發(fā)揮著重要的作用。但迄今為止，關(guān)于植物如何利用自身特異的代謝物來調(diào)控根系微生物的組成還鮮有報(bào)道。

近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所王國棟課題組和白洋課題組合作在Science China Life Sciences 發(fā)表了題為 Recently duplicated sesterterpene (C25) gene clusters in Arabidopsis thaliana modulate root microbiota的研究論文，揭示了植物自身利用新進(jìn)化的特異性代謝產(chǎn)物對根系微生物組的調(diào)控作用。

在前期的研究中，王國棟課題組鑒定了十字花科保守的二半萜生物合成基因簇（GFPPS-TPS-P450）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，擬南芥（Arabidopsis thaliana）中新進(jìn)化獲得的兩類二半萜化合物的生物合成能力（圖1中TPS25的產(chǎn)物為Compound 3和TPS30的產(chǎn)物為Compound 4，結(jié)構(gòu)上兩種化合物都具有五環(huán)二半萜骨架），而且這兩種化合物特異性地在根部積累。

圖1. 擬南芥中新進(jìn)化的二半萜化合物調(diào)控根系微生物組。A和B表示擬南芥新進(jìn)化（特有）的兩個二半萜生物合成GFPPS-TPS-P450基因簇和對應(yīng)生成的二半萜（C25）化合物。C表示兩種二半萜化合物對根系微生物組組成的調(diào)控既有特異性，也有共性。

通過與白洋課題組合作，比較自然土中生長的野生型（Col-0）和不同的TPS25、TPS30突變體的根系微生物組，發(fā)現(xiàn)野生型和TPS25、TPS30突變體形成了顯著不同的根系微生物組。有意思的是，tps25和tps30單突變體根系微生物組的變化具有比較大程度的交叉，暗示植物利用次生代謝物調(diào)控根系微生物組成可能存在構(gòu)效關(guān)系，即結(jié)構(gòu)類似的化合物具有類似的調(diào)控微生物組成功能。植物次生代謝物盡管結(jié)構(gòu)繁多，但大體可以分為含氮有機(jī)物、萜類化合物和酚類化合物等幾大類。本研究為深入研究植物如何利用自身特異的代謝物來調(diào)控根系微生物的組成奠定基礎(chǔ)。

據(jù)悉，王國棟課題組陳慶文博士和白洋課題組的姜婷博士為該文章的共同第一作者，王國棟研究員和白洋研究員為通訊作者。