SBIO | 浙大陈云组综述农业中细菌与真菌的互作机制

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导读 ‍

细菌和真菌是环境微生物组中的主要成员。细菌-真菌互作（Bacterial-fungal interactions，BFIs）及其调控是影响宿主及生态系统健康和功能的重要因素。BFIs涵盖了从拮抗到互利共生的关系，具有高度动态的特征，往往需要通过时空尺度的研究手段来深入解析。目前，对于BFIs机制的认识仍有待于进一步深入，特别是在跨界交流中具有重要角色的化学与分子水平的互作。BFIs机制研究不仅有助于阐明不同环境条件下驱动微生物群落组装的因素，而且能为构建有益微生物的合成群落提供线索，对农业病害生物防治具有重要意义。

近日，浙江大学陈云/马忠华课题组应邀在Stress Biology在线发表题为“Bacterial-fungal interactions under agricultural settings: from physical to chemical interactions”的综述文章，总结了近年来农业中BFIs及其机制研究进展，阐述了复杂微生物群落中普遍存在的种间互作、群落组装规律等，并探讨了有益微生物合成群落设计等在未来农业中的应用潜力。

01‍

本综述从物理互作和化学互作的角度探讨了BFIs。物理互作通常被认为是BFIs最简单的一种模式，其中真菌通常作为载体，而细菌可以位于真菌内部或者外部（浮游生物、混合生物膜、内生菌）。这种互作不仅取决于真菌的形态，还取决于微生物的表面分子和分泌因子。化学互作主要是通过相互产生的次级代谢物来影响彼此。抗生素在BFIs中发挥了重要作用，被认为是针对竞争对手最有效的作用方式。除此以外，挥发性有机物和群感感应分子成为了BFIs研究日益关注的焦点（图1）。

图 1 细菌-真菌互作方式

细菌和真菌通过多种方式的互作影响着彼此的生存。这些互作的结果对相关的合作伙伴可能是有利的，也可能是有害的。这些互作通常可分为物理相互作用和化学相互作用。(A) 物理互作包括了真菌内部的内生细菌、真菌表面附生菌及其运动。(B) 化学互作中细菌或真菌产生的不同小分子（抗生素、挥发性有机化合物、群体感应分子等），相互影响了包括形态、生长、繁殖、运输/运动、营养、抗逆性和致病性等的一系列生理过程。

细菌和真菌广泛分布在各种农业系统中，它们共同参与特定的相互作用。这些互作可能会影响局部生境中各个相互作用的伙伴。目前，BFIs在农业方面的研究主要集中在以下几个方面：1）寻找植物病害的理想生物防治菌株；2）通过植物-微生物和微生物-微生物互作研究，设计构建有益微生物的合成菌群（Synthetic microbial communities，SynComs）；3）研究不同微生物之间的互作机制，更好地理解微生物生态学的基本原理（图2）。

图2 细菌-真菌相互作用(BFIs)对农业的影响

（A）BFIs调控了细菌和病原真菌在植物微生物群落中的共存模式，以避免植物产生任何症状；(B) 病原真菌本身导致的拮抗细菌富集；(C) 病原菌感染的植物通过“呼救”策略招募有益细菌来拮抗病原真菌；(D) 拮抗细菌触发的病原真菌防御机制。

展望

在自然界中，BFIs是高度复杂的，不同的互作机制涉及了结构各异的各种分子。它们使微生物能够识别不同的物种，并在复杂的环境中作出特异的响应。不同BFIs研究模型虽然发现了各种各样的化合物，但它们仅仅源于整个微生态中一小部分可被培养的微生物，诸多不可培养微生物的潜力仍有待于利用多组学联合的方法进一步深入挖掘。随着微生物组研究和合成生物学的不断发展，合成群落的构建备受研究人员的日益关注，自然生态系统中蕴藏的功能微生物为未来合成群落的设计和构建提供了宝贵资源。整合微生物生态学、宏基因组学等组学方法对BFIs进行解析，并通过大数据分析、数学模型构建、微流控等技术构建合成群落是未来研究的发展趋势。

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链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s44154-022-00046-1

作者简介

浙江大学农业与生物技术学院博士生周雅琦为本文第一作者，陈云教授为通讯作者，奥地利格拉茨工业大学Tomislav Cernava教授为共同通讯作者，浙江大学马忠华教授、王蒙岑教授、贵州大学陈孝玉龙教授等参与本文撰写。该综述文章得到国家自然科学基金、浙江省重点研发计划、现代农业产业技术体系等项目的资助。

期刊简介

Stress Biology是由西北农林科技大学与Springer合作出版、康振生院士与朱健康院士共同担任主编的一本开放获取型线上期刊，专注于刊发逆境生物学最新研究进展与资讯，致力于打造引领科技发展前沿的国际学术交流平台。期刊汇聚来自10个国家的58位国际知名专家组成编委会，编委平均h-index约为38。

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