中国科学：中科院遗传发育所揭示拟南芥二半萜对根系微生物组的调控机制

植物产生超过20万种代谢物(主要是指分子量小于1,000的化合物)，这些代谢物在植物的生活史中发挥着重要的生理功能。由于植物是固着生长，而根系周围有大量的微生物（微生物组），长期以来人们认为植物代谢物在植物与根系微生物互作方面发挥着重要的作用。但迄今为止，关于植物如何利用自身特异的代谢物来调控根系微生物的组成还鲜有报道。

中国科学院遗传与发育生物学研究所王国栋课题组在前期的研究中，首先功能鉴定十字花科保守的二半萜生物合成基因簇（GFPPS-TPS-P450）（图1A）。同时发现拟南芥（Arabidopsis thaliana）中新进化获得的两类二半萜化合物的生物合成能力（图1B中TPS25的产物为Compound3和TPS30的产物为Compound 4，结构上两种化合物都具有五环二半萜骨架），而且这两种化合物特异性地在根部积累。通过与白洋课题组合作，比较自然土中生长的野生型（Col-0）和不同的TPS25、TPS30突变体的根系微生物组，发现野生型和TPS25、TPS30突变体形成了显著不同的根系微生物组。有意思的是，tps25和tps30单突变体根系微生物组的变化具有比较大程度的交叉，暗示植物利用次生代谢物调控根系微生物组成可能存在构效关系**，即结构类似的化合物具有类似的调控微生物组成功能（图1C）。植物次生代谢物尽管结构繁多，但大体可以分为含氮有机物、萜类化合物和酚类化合物等几大类；本研究也为深入研究植物如何利用自身特异的代谢物来调控根系微生物的组成奠定基础。

图1. 拟南芥中新进化的二半萜化合物调控根系微生物组。A和B表示拟南芥新进化（特有）的两个二半萜生物合成GFPPS-TPS-P450基因簇和对应生成的二半萜（C25）化合物。C表示两种二半萜化合物对根系微生物组组成的调控既有特异性，也有共性。

该研究成果于2019年5月10日在线发表于Science China Life Sciences (《中国科学：生命科学》英文版)，文章题目为 “Recently duplicated sesterterpene (C25) gene clusters in Arabidopsis thaliana modulate root microbiota”(DOI:10.1007/s11427-019-9521-2)。王国栋课题组陈庆文博士和白洋课题组的姜婷博士为该文章的共同第一作者。中科院遗传发育所王国栋研究员和白洋研究员为共同通讯作者。该项目得到了中科院重点部署项目和先导专项、科技部973项目和植物基因组学国家重点实验室的资助。

Qingwen Chen#, Ting Jiang#, Yong-Xin Liu, Haili Liu, Tao Zhao, Zhixi Liu, Xiaochao Gan, Asis Hallab, Xuemei Wang, Juan He, Yihua Ma, Fengxia Zhang, Tao Jin, M.Eric Schranz, Yong Wang, Yang Bai* & Guodong Wang*. Recently Duplicated Sesterterpene (C25) Gene Clusters in Arabidopsis thaliana Modulate Root Microbiota. Science China Life Sciences. 2019. doi:10.1007/s11427-019-9521-2

通讯作者简介

王国栋研究员

王国栋，研究员

1996年毕业于南开大学化学系，1999年获中科院上海药物研究所有机化学硕士学位，2003年获中科院上海植物生理生态研究所植物分子遗传学博士学位。2003年11月至2006年12月，在美国University of Michigan (Ann Arbor) 进行博士后研究工作；2006年底－2009年5月，在美国 Samuel Roberts Noble Foundation 工作，长期从事植物特异性代谢研究。2009年六月，入选中国科学院“百人计划”，中科院遗传发育所研究员。在***Nature Biotechnology、Cell Research、Genome Research、PNAS、Molecular Plant、Plant Cell***等杂志发表文章40余篇。实验室集中于解析植物来源的重要小分子代谢物的代谢途径/酶促反应机理及其生物学功能研究，并对高附加值的代谢物进行合成生物学应用研究。

个人主页：http://sourcedb.genetics.cas.cn/zw/zjrck/200907/t20090722_2160034.html

白洋研究员

白洋，研究员

中科院遗传与发育生物学所研究员，也是中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心(CEPAMS)首位研究员目前主要研究根系微生物组在植物抗病抗逆、营养高效等过程中的功能。在***Science、Nature、Nature Biotechnology、Nature Methods、Nature Plants、Microbiome、GigaScience、Science China Life Sciences***等杂志发表论文20余篇。

点击以下链接，观看视频版白洋组简介

https://v.qq.com/x/page/x0842fhrc5c.html

CEPAMS官页白洋组简介视频

实验室主页：http://bailab.genetics.ac.cn/

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