PNAS | 研究揭示次级代谢产物的化学生态学影响根际微生物 ...

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次级代谢产物在调节植物-微生物和微生物-微生物在根际的相互作用中的作用越来越受到重视。然而，根际是许多植物和微生物代谢物的家园，它们似乎具有化学上的冗余特性。这就出现了一个悖论：如果这些分子实际上是多余的，为什么会有这么多的分子？一个潜在的答案是，我们评估其功能冗余的能力一直受到对它们所处的不同化学位的不完全了解的限制。考虑到大多数微生物系统所具有的陡峭的化学梯度，我们可以推测，时间和空间的动态化学变化可能对次级代谢物的反应性造成限制，使这些分子具有更细微的功能和更大的特异性。换句话说，化学生态学框架可能有助于解释这个明显的悖论。
2023年3月30日，国际权威学术期刊PNAS发表了美国加州理工学院Dianne Newman（Current Biology | 新观点：根际微生物通过关键代谢物塑造群落的时空发展与农业生产力！Current Biology | 土壤细菌充当毒素“海绵”保护真菌免受吩嗪的侵害！eLife | 吩嗪合成和降解分析揭示了农业土壤和作物微生物组中物种特有的定殖模式）团队的最新相关研究成果，题为The chemical ecology of coumarins and phenazines affects iron acquisition by pseudomonads的研究论文。




次级代谢产物是根际植物与微生物相互作用的重要促进因素，有助于信号交流、竞争和营养摄取。然而，初看根际似乎充满了具有重叠功能的代谢产物，我们对支配代谢产物使用的基本原则的理解有限。增加对必需营养元素铁的获取是由植物和微生物氧化还原活性代谢物 (RAMs)执行的一个重要但似乎是冗余的作用。科研人员使香豆素（由模式植物拟南芥制造的RAMs）和吩嗪（由生长在土壤中的假单胞菌制造的RAMs），来探讨植物和微生物RAMs在不同环境条件下可能各自具有不同的功能。科研人员展示了氧气和pH值的变化导致香豆素与吩嗪增加铁限制假单胞菌生长能力的差异，并且这些影响取决于假单胞菌在葡萄糖、琥珀酸或丙酮酸上生长：这些是根系分泌物中常见的碳源。科研人员的结果可以通过这些代谢产物的化学反应性和吩嗪的氧化还原状态随微生物代谢变化而改变来解释。这项工作表明，化学微环境的变化可以深刻地影响次级代谢产物的功能，并且暗示植物可以通过改变根系分泌物中释放的碳来调节微生物次级代谢产物的实用性。总之，这些发现表明，如果通过化学生态学的角度来看，RAM的多样性可能不那么令人难以承受：可以预期不同的分子对某些生态系统功能（如铁的获取）的重要性或多或少，取决于它们所在的当地化学微环境。




根际氧化还原活性代谢物（RAMs）的化学生态学可能有助于解决其看似多余的功能



香豆素和吩嗪PCA的化学特性



香豆素daphnetin和fraxetin能刺激铁限制型假单胞菌的生长



在温和的酸性缺氧条件下，PCA刺激假单胞菌的生长



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