土壤有益细菌可以通过组装接触依赖性杀伤武器(如IVA型分泌系统type IVA secretion system,T4ASS)有效抑制细菌病原体。目前尚不清楚这些抗菌武器是否参与土壤中的生物营养微生物相互作用。本文表明,在琼脂平板上共培养模拟细胞间接触的过程中,土壤细菌溶杆菌属Lysobacter通过T4ASS触发了假单胞菌Pseudomonas产生抗真菌抗生素2,4-DAPG。我们证明了假单胞菌的2,4-DAPG产生是通过检测溶杆菌转移的T4ASS效应蛋白Le1519来实现的。我们将Le1519定义为LtaE(Lysobacter T4E triggering antifungal effects,Lysobacter T4E触发抗真菌效应),它能特异性地刺激假单胞菌中2,4-DAPG生物合成基因的表达,从而保护大豆幼苗免受真菌立枯丝核菌的感染。我们进一步发现,LtaE可以直接结合2,4-DAPG生物合成的特异性途径转录抑制因子PhlF,从而激活2,4-DAPG的生产。我们的研究结果突出了微生物种间和跨界互动的新模式,为扩展土壤微生物相互作用的多样性提供了一个独特的案例。


土壤细菌通过各种相互作用彼此交流、竞争、共存或合作,其中一些依赖于细胞间接触,具有重要的生态意义。最近的研究表明,植物促生根际细菌(PGPR)作为土壤有益细菌,通过细胞间接触组装“短程”武器保持竞争力,例如VI型分泌系统(T6SS)。T6SS在细胞间接触过程中注入装有毒素的内管,刺穿猎物细胞的细胞壁和膜。革兰氏阳性芽孢杆菌属不携带T6SS,但拥有类似于VII型分泌系统(T7SS)的Esx系统,可通过接触杀死竞争细菌。

此外,IV型分泌系统(T4SS)也是重要的接触性武器,可大致分为两类:T4ASS和T4BSS。T4ASS用于DNA传递和蛋白质转运,功能包括质粒接合、细菌间竞争和分泌毒力因子,以农杆菌Agrobacterium tumefaciens的VirB/D4系统为代表;T4BSS以Dot/Icm系统为代表,主要由如嗜肺军团菌Legionella pneumophila等胞内病原体用来将效应蛋白注入真核宿主。我们之前发现土壤抗真菌细菌产酶溶杆菌(Lysobacter enzymogenes)也使用T4ASS来杀死土生细菌病原体软腐果胶杆菌(Pectobacterium carotovorum),并通过细胞间接触抑制假单胞菌的生长,从而削弱其抗真菌活性。


自从发现T4ASS是一种杀灭细菌的装置以来,它的功能在很大程度上被认为是细菌种间相互作用中的抗菌剂。这种观点是否适用于所有情况?我们有兴趣了解装有T4ASS的土壤细菌能否与其生态相关微生物建立"合作"互动关系,这是微生物互动关系中一个重要但研究较少的领域。为了验证这一假设,我们选择了实验室可用的产酶溶杆菌OH11和假单胞菌蛋白原Pf-5作为模式菌株。


在这项研究中,我们展示了产酶溶杆菌通过其T4ASS激活假单胞菌蛋白原,从而抑制邻近真菌的生长。我们通过在PDA琼脂平板上共培养这两种细菌以模拟细胞间接触来实现这一点。结果表明了假单胞菌如何通过感知溶杆菌转运的独特T4E来抑制真菌。因此,我们发现了一种新的微生物种间和跨界相互作用模式,其中一种土壤细菌与另一种建立了种间相互作用以获得效应蛋白,从而通过操控自身的抗真菌化合物抑制邻近真菌的生长。我们的研究结果为扩展土壤中微生物相互作用的多样性提供了一个独特的案例。


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