近日，Plant Biotechnology Journal 杂志在线发表了由姚燕来团队完成的综述论文——“Beneficial microorganisms: Regulating growth and defense for plant welfare”。文章从多个角度全面总结了植物益生微生物（Beneficial Microorganisms, BMs）在植物生长、抗病与抗逆等方面的重要作用，揭示了它们在植物生长-防御平衡中的调控机制，并探讨了其在农业可持续发展中的应用前景。
LRR-RLK对植物的生长、发育和防御等至关重要（图3a）。P. fluorescens能够特异性地诱导植物PSKR1（LRR-RLK家族）表达，促进植物生长，抑制免疫（Song et al., 2023）。X. oryzae产生PSY1类似物RaxX（Pruitt et al., 2017），PSY能够激活PSYR受体（LRR-RLK家族），低浓度PSY-PSYR激活拟南芥防御而非生长，高浓度PSY-PSYR激活拟南芥生长而非防御（Ogawa-Ohnishi et al., 2022）。
植物根际存在植物免疫抑制型（ISM）和免疫非抑制型（NSM）两类微生物群落（图3b）。当ISM的比例超过NSM时，根际微生物群落主要促进植物生长；反之，则增强植物免疫防御（Ma et al., 2021）。flg22是一种被广泛研究的MAMP，可以诱导植物防御相关基因表达。但BMs的flg22蛋白所激发的植物免疫反应较弱比病原菌弱（Trdá et al., 2014）。OsCERK1是一种参与MAMP级联的受体激酶，与AMF的短链几丁质结合后，会促进AMF与之共生；而与病原体的长链几丁质结合，则会激活植物免疫（Miyata et al., 2014；Wang et al., 2024）。OsCIE1能够调控OsCERK1的活性，以免植物出现过度免疫。当病原菌入侵时，OsCERK1磷酸化OsCIE1阻断其活性，产生强烈的免疫反应。病原菌被清除后，OsCIE1则会重新泛素化OsCERK1降低其活性，并恢复免疫平衡。上述均展现了BMs可以保护植物因过度免疫而损害自身生长。
图3 BMs调控生物胁迫下植物的生长-防御权衡
干旱下，ABA参与生长调节和防御激活体现了经典的生长-防御权衡，即资源分配给一个功能则可能会削弱另一个功能（图4a）。多种BMs被报道能够通过ABA途径调控植物的抗旱能力，如AMF、P. indica、A. brasilense、 S. pactum、P. argentinensis SA190、B. cereus NJ01等。然而，其内部识别相应的分子机制还需进一步探究。
MYC2是植物中的一种关键转录因子，能够调控植物生长-防御权衡。在正常光照下，BMs调控MYC2来增强植物的生长和免疫防御；而在低光照下，BMs则主要促进生长而非防御（Hou et al., 2021）（图4b）。然而BMs调控MYC2的分子机制仍然未知。PHR1是植物体内磷信号转导的主要转录因子，在基于磷可用性的生长-防御权衡中至关重要。磷缺乏下，B. amyloliquefaciens GB03产生二乙酰（DA）（Morcillo et al., 2020），增强植物免疫反应，进而增强植物对磷酸盐缺乏的超敏感性；磷充足下，DA则抑制植物的ROS产生，而不影响植物抗病性（图4c）。这些研究对于优化不同磷条件下的植物适应性至关重要。
图4 BMs调控非生物胁迫下植物的生长-防御权衡
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Wang, G., Chen, X., Yu, C., Shi, X., Lan, W., Gao, C., Yang, J., Dai, H., Zhang, X., Zhang, H., et al. (2024). Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice. Nature. 629, 1158–1164.
图文来源：植物生物技术Pbj
