植物病原菌丁香假单胞菌wbpL基因的异质性表达：体外与体内群体中的表型异质性及其感染与免疫意义

这篇研究揭示了植物病原菌丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）脂多糖（LPS）合成基因wbpL在体外和植物体内群体中的异质性表达模式。通过单细胞分析，作者发现wbpL在丰富培养基（LB）中呈现低表达异质性，而在模拟植物环境的贫瘠培养基（HIM）中则表现为双稳态表达（ON/OFF亚群共存）。在植物叶际（apoplast）中，wbpL表达同样呈现异质性，且高表达菌株形成的微菌落较小，暗示其可能通过减缓生长或触发更强防御反应来适应宿主环境。该研究首次在植物病原菌中报道了LPS相关基因的表型异质性策略，为理解病原菌-宿主互作提供了新视角。

　　

引言

革兰氏阴性菌的外膜（OM）结构是其生存关键，其中脂多糖（LPS）作为主要成分，由保守的脂质A（lipid A）、核心寡糖（core OS）和高变O-多糖（OPS）组成。OPS在动物病原菌中已被证实通过表型变异参与毒力调控，但在植物病原菌中的相关机制尚不明确。丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）作为模式植物病原菌，其wbpL基因编码糖基转移酶，是OPS合成的必需基因。前期研究表明，wbpL缺失会减弱病原菌的宿主定殖能力，但其表达调控机制尚未阐明。

材料与方法

研究选用两种丁香假单胞菌模型菌株：P. syringae pv. phaseolicola 1448A（Pph）和P. syringae pv. tomato DC3000（Pto）。通过染色体定位的wbpL::GFP3转录融合报告系统，结合流式细胞术（FC）和共聚焦显微镜，分析了wbpL在LB培养基、HIM培养基及菜豆（Phaseolus vulgaris）叶际中的单细胞表达模式。实验还包括微菌落空间分布分析和碘化丙啶（PI）染色评估细菌存活率。

结果

体外培养中的异质性表达

在LB培养基中，Pph的wbpL表达呈现低水平异质性，仅约10%细菌表现为WbpL^ON状态（荧光强度略高于背景）。而在HIM培养基中，wbpL表达显著增强并呈现双稳态分布，约50%细菌分化为高荧光（WbpL^ON）和无荧光（WbpL^OFF）亚群。相比之下，Pto的wbpL表达始终维持低水平均一性，提示菌株特异性调控差异。

植物叶际中的动态表达

在菜豆叶际中，Pph的wbpL表达同样呈现ON/OFF异质性，但PI染色显示两者存活率无显著差异。值得注意的是，叶际微菌落分析揭示了两个新现象：

1. 微菌落内异质性：单个微菌落中WbpL^ON和WbpL^OFF细菌随机分布，未出现类似III型分泌系统（T3SS）基因的“近宿主-远宿主”分区模式。

2. 微菌落间负相关：较小微菌落（<5 μm）的平均荧光强度显著高于较大微菌落（>10 μm），暗示高wbpL表达可能抑制菌落扩张或引发局部防御反应。

讨论

研究首次在植物病原菌中揭示了LPS合成基因的表型异质性策略，其生物学意义可能涉及：

1. 资源分配权衡：OPS合成消耗大量碳源，高表达可能减缓生长速率。

2. 免疫逃逸与激活：OPS结构变化可能影响脂质A暴露，从而调控植物模式识别受体（如LORE）的激活。尽管豆科植物缺乏LORE同源基因，但其他受体可能感知OPS中的鼠李糖（rhamnose）组分。

3. 群体协作保护：与T3SS/鞭毛系统不同，wbpL异质性未表现出明显的空间分工，但微菌落整体表达差异可能反映环境适应性的“赌注对冲”策略。

该研究为理解植物病原菌的宿主适应机制提供了新思路，后续可结合表观遗传学（如opvAB-like位点）和植物免疫互作进一步解析调控网络。