literature 1 内生菌生物非生物胁迫代谢组学基因组学次生代谢产物

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中心主题

• 摘要
  • 内生菌在寄主植物中如何促进植物生长，生物降解和缓解胁迫
  • 假设内生菌与寄主植物的相互作用类似促生长，其侵染，定植及赋予植物重要性状机制如何
  • 研究宿主基因表达，代谢，表型性状调节
  • 主要研究内容
    • 植物内生生活方式及其进入植物组织的机制
    • 内生植物在非生物和生物胁迫条件下如何调节植物的免疫系统和影响寄主植物的基因型和表型表达
    • 组学和其他综合基因组方法在解开复杂的寄主-内生植物信号串扰中的作用
• 介绍
  • 内生菌是指任何能在植物组织内生长繁殖的微生物，它们通常被植物吸收，并与寄主植物形成联系，构成植物微生物群的重要组成部分。
  • 内生菌通过诱导免疫反应，产生抗氧化剂和抑制病原体生长来缓解生物和非生物胁迫
  • 与特定代谢物相关的内生基因通过产生IAA或GA参与植物生长促进
  • 内生植物群落组成的主要驱动因子是控制内生植物群落组成的主要因素，其建立主要受宿主免疫系统、宿主基因型、环境参数、微生物相互作用、土壤和食物种类等一系列调节因子的支配
  • 使用基于双基因组共生芯片的新工具来研究内生植物与寄主植物之间的共生相互作用
  • 重点讨论了内生菌进入植物内的生活方式和机制，它们如何调节植物的免疫系统，以及在非生物和生物胁迫条件下影响寄主植物的基因型和表型表达，还讨论了基因组学和其他综合组学方法在解开复杂的寄主-内生植物信号串扰方面的作用。
• 内生菌 寄主植物体内的一种生存方式
  • 内生菌通过土壤向植物的水平传播方式或垂直播种方式进入寄主植物组织并定殖，内生菌的定植是门控的。
  • 内生菌的成功定植与友好的植物-微生物关系密切。 当内生菌进入寄主植物后，被寄主植物识别，信号分子的串扰就开始了。 植物分泌类黄酮等根系分泌物，这些分泌物富含营养物质，对包括内生植物在内的许多PGP微生物起着化学引诱剂的作用。
  • 其他几种根系分泌物如酚类化合物、有机酸、氨基酸、糖和一些次生代谢物，现在被认为是由植物的根系分泌，它们选择性地吸引内生植物
  • 没读懂
• 内生菌对不同胁迫下寄主植物基因型和表 型表达的调控：提高对生物胁迫的抗性
  • 当植物受到环境胁迫时，内生菌启动信号机制，积极地说服胁迫反应基因的表达，从而促进胼胝质的沉积和入侵前防御。 内生菌通过下调脱落酸(ABA)显著调节胁迫。但ABA通过给出引起系统获得性 抗性(SAR)的信号而产生负面影响。
  • 植物内生菌与病原菌之间的三种特殊的保护性通信，即：（一）直接抑制，其中防御主要局限于抗生素（产生次生代谢物，如抗真菌、抗菌和杀线虫化合物）；（二）间接抑制是植物先天防御（ISR和SAR）途径，以及(三）生态位占用。
  • 植物的抗逆性主要是通过ROS等自由基的产生和通过逆境反应基因的表达产生抗逆境代谢产物来诱导的。
• 增加对非生物胁迫的抗性
  • 许多内生微生物产生防御分子，如脯氨酸、类胡萝卜素和褪黑素，它们对非生物胁迫起防御作用。 这种作用不是局限的，事实上内生微生物也可能产生挥发性有机碳(VOC)，它参与了寄主植物最初的识别/相互作用，也可能是主要信号分子的前体。
  • 内生菌介导的植物修复。内生植物利用以下机制进行微生物辅助的生物修复：(i)通过细胞内金属结合蛋白和细胞壁成分或肽如植物螯合素和金属硫蛋白(MT)以及化合物如真菌产生羟肟酸铁核和细菌铁核（通常是儿茶酚酸）来螯合有毒重金属；(ii)改变生物化学途径以阻止金属吸收,(iii)通过酶将金属转化为无害形式；(iv)利用精确的外排系统降低金属在细胞内的浓度。
  • 内生微生物有潜力合成不同的“保护性”化合物，如抗氧化剂、碳水化合物和脯氨酸，以应对非生物胁迫条件。
  • 不足之处： （一）内生真菌对植物修复的研究资料较少，以往的研究主要集中在内生细菌辅助植物修复方面。 (ii)虽然这些内生植物及其相关的寄主植物可以降解多种污染物，但大多数化合物通常降解缓慢，或一些根本没有降解。
• 植物内生菌对免疫系统的调节
  • 内生植物是生物碱等生物活性化合物的有效来源，这些化合物对寄主植物具有保护作用
  • 诱导性系统性抗性，ISR ”是指由生物或化学诱导剂引发的植物抗性诱导状态的总称，该诱导剂可以保护非暴露部位免受病原菌[42]的未来攻击。
  • 内生菌在调节植物免疫应答和保护氧化爆发中的作用机制。 内生真菌通过产生甲壳素脱乙酰酶来调节植物的免疫系统，以实现壳聚糖低聚物的脱乙酰。 这阻止了它们被识别甲壳素低聚物的植物的(PR-3)甲壳素特异性受体识别。 内生植物对鞭毛蛋白(FLS2)的感知也不同于植物病原菌。 植物在逆境条件下产生的各种渗透压和活性氧，通常被内生植物产生的酶所中和，如CATA、POD、GST、SOD和AHPC
• 植物与内生植物相互作用的组学研究
  • 现代高通量基因组研究,揭示了直接或间接影响内生菌定殖偏好的遗传性状以及不同的生物活性。这也有助于识别参与PGP机制、抗生素产生、抗生素耐药性、内生分泌系统、插入元件、转运系统、表面附着和其他相关代谢机制的特定基因[104]。 全基因组也为更好地理解内生植物的进化和生态提供了深入的见解。
  • 印度梨孢菌（Sebacinales目）是研究共生相互作用的模型。
  • 宏基因组方法和Insilco分析将为内生植物的系统发育和功能提供新的见解
  • 微阵列技术为目前的基因组研究提供了内生植物基因图谱的工具，研究涉及特定基因表达、共生寄主植物通讯的研究以及转录组分析
• 内生菌是生物活性物质的宝库
  • 内生微生物分泌的代谢产物一般可分为不同的官能团，如：黄酮类、生物碱类、中华酮类、甾体类、苯并吡喃酮类、酚酸类、皂甙类、醌类、单宁类、黄酮类、四酮类、萜类等
  • 内生植物还合成几种胞外水解酶，如：酯酶、蛋白酶、纤维素酶和脂肪酶，以发展对不同植物入侵的抗性。内生菌产生抗生素化合物，如氨苄西林、苯唑西林、没食子酸、头孢氨苄和儿茶素，并具有杀菌活性。
  • 内生真菌与寄主植物的相互作用对寄主植物的生理活动有很大的影响； 这些变化包括沉默基因簇的激活，导致新的次生代谢产物的产生。
  • 存在于微生物和植物中的同源基因簇可能在某些条件下被来自内生植物或寄主植物的胁迫诱导分子交叉激活。关于内生微生物对寄主植物次生代谢产物产生的显著影响已有许多报道，但涉及的机制尚不清楚。
• 植物内生菌在可持续农业生产中的作用
  • 内生微生物可以帮助植物减轻非生物胁迫的不利影响，包括：洪水 、高盐度 ，更高的温度、重金属胁迫以及频繁的干旱，通过产生生物活性代谢产物、基因表达相关的抗性和酶代谢的变化
  • 内生菌的另一个重要作用是它们有潜力通过产生抗真菌化合物来抑制植物病原植物的生长。
  • 内生植物通过帮助植物获得氮、磷、铁等养分和产生植物激素来促进植物生长
  • 放线杆菌已被证明能产生具有抗肿瘤和抗菌活性的代谢物
  • 最常用的方法是将内生菌作为种子敷料或直接添加到土壤中。 然而，由于与内生菌的建立有关的问题，这些基于内生菌的生物接种在大田地点的使用是不成功的。
• 结论和展望
  • 需要对以下问题有一个全面的理解：(i)在寄主植物和内生植物之间建立共生联系的策略，(ii)传播方式(iii)植物-内生植物相互作用的分子和遗传基础。 将植物内生菌的生理生化研究提高到代谢组学和基因组学的水平，已成为研究植物内生菌生理生化的重要课题。