芽孢杆菌溶素促进拟南芥侧根发育的新机制：跨界信号传导的关键发现

本文揭示了芽孢杆菌溶素（bacillolysin）促进拟南芥侧根（LRs）发育的机制，为植物 - 微生物互作研究提供新视角。

　　### 芽孢杆菌溶素促进拟南芥侧根发育的新机制：跨界信号传导的关键发现
在植物生长发育过程中，侧根（LRs）起着至关重要的作用，它们能够从土壤中持续吸收水分和养分，帮助植物适应环境变化。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，侧根的发育依赖于经典的生长素信号通路，其中核心转录因子吲哚 - 3 - 乙酸（INDOLE-3-ACETIC ACIDs，IAA）和生长素响应因子（AUXIN RESPONSE FACTORs，ARFs）起着关键作用。

近年来，研究发现除了经典的生长素信号通路相关蛋白外，其他元素也在侧根发育中发挥重要作用。例如，一些非经典的 AUX/IAA 蛋白、E3 泛素连接酶以及特定的转录因子等，它们通过不同的机制参与调节侧根的形成和发育。同时，环境刺激，如光、重金属镉、水分亏缺等，以及根际微生物，都能对侧根发育产生显著影响。

本研究聚焦于有益根际细菌解淀粉芽孢杆菌（Bacillus velezensis）SQR9，发现它能够诱导拟南芥 arf7arf19 双突变体形成侧根。研究人员进一步从 SQR9 发酵液中分离并鉴定出一种名为芽孢杆菌溶素（bacillolysin）的蛋白质，它是一种金属蛋白酶，属于肽酶 M4 家族，在食品和酿造工业中应用广泛。

研究人员对芽孢杆菌溶素诱导侧根发育的机制展开深入探究。首先，他们发现 SQR9ΔysnE突变体（该突变体严重影响 IAA 产生）的发酵液能增强野生型（WT）拟南芥 Col-0 以及arf7、arf19和arf7arf19突变体的根分支和侧根密度。通过一系列实验，如透析、离子交换柱层析、液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）分析等，成功确定了发酵液中的活性物质为芽孢杆菌溶素。异源表达和纯化的芽孢杆菌溶素在一定浓度下，能促进 Col-0 和arf7arf19突变体侧根的形成，且这种调节作用呈剂量依赖性。

为了确定芽孢杆菌溶素的潜在受体，研究人员通过 HDOCK 预测蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI），并结合相关标准筛选出 6 个候选受体。实验结果表明，富含亮氨酸重复的受体样激酶（LRR-RLK）CEPR2 可能是芽孢杆菌溶素的受体。体外和体内实验进一步证实了芽孢杆菌溶素与 CEPR2 的相互作用。此外，构建的35S_pro:CEPR2转基因株系显示，增强 CEPR2 活性可促进芽孢杆菌溶素诱导的侧根发育，而酪氨酸蛋白激酶抑制剂处理则会抑制这一过程，这些结果充分证实了 CEPR2 在芽孢杆菌溶素促进侧根发育中的重要作用。

在探究芽孢杆菌溶素对经典生长素通路的影响时，研究人员发现，在生长素信号突变体tir1afb2和slr-1/iaa14中，芽孢杆菌溶素促进侧根发育的效果受损，而在生长素转运突变体aux1-7和pin2中，其效果与 Col-0 相当，这表明上游生长素信号级联 TIR1-IAA14 参与了芽孢杆菌溶素诱导的侧根发育过程。

通过比较 Col-0 和arf7arf19在有无芽孢杆菌溶素诱导下不同时间点的根转录组，研究人员发现了许多受芽孢杆菌溶素诱导的基因，这些基因与生长素和 ABA 通路高度相关。其中，IAA34、SMALL AUXIN UP-REGULATED RNA（SAUR）家族基因以及 CEPR2 下游的PYRABACTIN RESISTANCE1-LIKE（PYLs）和ABA-INSENSITIVE（ABIs）转录本在处理后均上调，而 PUCHI 基因表达下调，LBD33 基因的转录动态发生改变。

进一步研究发现，IAA34 与 PUCHI 相互作用，抑制 PUCHI 的功能，从而激活 LBD33 的表达，促进侧根发育。在iaa34、puchi和lbd33突变体中，芽孢杆菌溶素对侧根发育的促进作用受损，这表明这些转录因子在芽孢杆菌溶素调控侧根发育的信号通路中发挥着关键作用。

此外，研究人员还发现芽孢杆菌溶素能影响经典生长素通路中ARF7/ARF19及其下游响应元件的转录。在iaa34突变体中，芽孢杆菌溶素对这些基因的转录无影响，而在puchi突变体中则抑制其转录，这表明 IAA34 在调控ARF7/ARF19表达中处于上游位置，且 IAA34-ARF7/ARF19 构成一个信号级联，参与抑制侧根发育。

同时，利用pDR5:GUS作为报告株系检测生长素响应，结果显示芽孢杆菌溶素处理后，Col-0 和arf7arf19突变体的侧根原基（LRPs）和根尖中pDR5:GUS表达增加，预分支位点数量和频率增多，DR5:Luciferase信号增强，这表明下游生长素响应元件参与了芽孢杆菌溶素诱导的侧根发育过程。

综上所述，本研究揭示了芽孢杆菌溶素通过与受体蛋白激酶 CEPR2 结合，促进 IAA34 积累，抑制 PUCHI 功能，进而激活下游生长素响应元件（如 LBD33）的表达，诱导侧根发育的新机制。这一发现为深入理解植物 - 微生物互作以及侧根发育的调控机制提供了重要依据，丰富了人们对植物根际微生物与植物相互作用的认识，为未来提高植物对环境的适应性和优化植物根系发育提供了新的理论基础和潜在的应用方向。然而，本研究也存在一定的局限性，例如 CEPR2 和 TIR1AFB2 在芽孢杆菌溶素诱导侧根发育过程中的相互作用机制仍有待进一步研究，这也为后续的研究工作指明了方向。