南京农业大学生科院崔中利团队揭示黏细菌全新的调控根际公共硫胺素控制疫霉菌侵染大豆的机制

　　植物根系及土壤微生物群落能够分泌多种代谢物，介导微生物间促进、互养和互惠等复杂的社会行为。其中，所分泌的代谢物如氨基酸、维生素以及相关螯合物等被视为公共资源，有益微生物或植物病原菌争夺资源的过程中，直接或者间接的驱动了根际微生物组的变化，影响植物健康。硫胺酸是第一个被报道的B族维生素，参与微生物糖、氨基酸和脂质代谢过程。由于多数植物和微生物均能合成硫胺素，胞外环境的硫胺素已被视为是一种重要的公共资源。

 

　　疫霉菌是一种重要的病原卵菌，其中大豆疫霉造成的大豆根腐病威胁大豆产业安全。疫霉菌是硫胺素营养缺陷型，需要从外界获得硫胺素供其自身生长及侵染，这使得疫霉菌类群成为公共硫胺素的受益者。黏细菌是目前原核生物中已知唯一具有多细胞行为特征的微生物类群，广泛分布于土壤、植物根际或者水体等不同生境，且能够捕食其他微生物（细菌、真菌和卵菌）或者裂解复杂生物大分子获取营养，被视为土壤微生物食物网的关键类群。然而，在植物根际环境中，黏细菌如何与疫霉菌及植物建立互作关系至今未知。

 

　　崔中利教授团队前期研究发现珊瑚球菌Corallococcussp. EGB通过分泌一种新型外膜型β-1,6-葡聚糖酶GluM裂解真菌细胞壁实现对真菌的捕食（ISME J, 2019）。课题组在此基础上，发现黏细菌EGB与疫霉菌之间存在着以硫胺素供应为纽带的营养互作模式。研究发现黏细菌EGB通过产生一种新型硫胺素酶CcThi1，以外膜囊泡的方式转运到胞外，通过分解环境中公共硫胺素，阻断疫霉菌获取硫胺素的路径，进而抑制疫霉菌的生长。硫胺素酶Thi1在黏细菌类群中分布广泛，而黏细菌主要存在于土壤环境中，这种独特的生境分布，表明黏细菌来源的硫胺素酶Thi1在土壤生态系统中具有潜在的生态功能。进一步通过土壤盆栽实验，发现在疫霉菌侵染大豆的过程中，黏细菌通过该硫胺素酶调控大豆根际环境中硫胺素的含量，控制疫霉菌群体数量进而防控其对大豆的侵染。该研究阐明了黏细菌在调控土壤环境公共营养资源中的作用及其生态学功能。

 

　　研究结果为理解黏细菌与植物病原卵菌互作关系提供全新的视角，也为卵菌病害的生物防控提供一种新的思路和策略。相关研究成果以“Myxobacteria restrain Phytophthora invasion by scavenging thiamine in soybean rhizosphere via outer membrane vesicles-secreted thiaminase I”为题发表在微生物学领域顶级期刊《Nature Communications》上。该论文以南京农业大学为第一作者和通讯单位，我校生科院博士研究生夏丞垚为论文第一作者，崔中利教授和课题组李周坤副教授为论文共同通讯作者。南京农业大学植保学院窦道龙教授课题组为本研究的开展提供了帮助。该项目得到了国家自然科学基金和国家科技重大专项等项目资助。该成果也是近期崔中利教授课题组解析黏细菌捕食疫霉菌过程中的适应性进化策略的基础上（ISME J, 2023），在黏细菌与土壤微生物互作领域又一新的突破。

 

　　崔中利教授团队近年来围绕黏细菌生物互作与应用开展了一系列创新性研究工作。建立了具有自主知识产权的捕食性黏细菌种质资源库，筛选获得了一系列具有自主知识产权的优良黏细菌和糖苷水解酶类资源，在黏细菌资源的理论研究和应用等方面均取得了系列创新性成果，相关成果已发表在Nature Communication（2023）、ISME J（2023, 2019）、Microbiome（2020）和Food Chem等期刊上。