中国农科院资划所揭示有益假单胞菌双因子系统调控根际多元互作新机制
国家级科研机构发表于顶刊的根际微生物调控机制新发现，方法系统、结论可靠，对有益微生物定向优化与合成菌群设计有理论价值，值得进入每日精选。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所毕业生罗媛博士、助理研究员王静为论文第一作者,魏海雷研究员为论文通讯作者。研究首次从'环境—微生物—植物'三元互作界面解析了PGPR重要基因元件的功能调控网络,提出了'全局调控因子—功能基因簇—环境响应'的协同作用模型。GacS通过调控鞭毛蛋白基因fliC的表达影响细菌运动能力、调节植物免疫激发;通过调控phl合成基因簇促进2,4-DAPG的产生,重塑微生物互作格局。论文发表于Microbiome。
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业微生物资源团队以有益荧光假单胞菌为研究对象，系统阐明了双因子系统GacS通过调控下游两条关键通路参与根际微生物群落重塑与微生物间竞争的新机制。相关研究成果以“A GacS-mediated regulatory framework coordinates bacterial competition and rhizosphere microbiome remodeling in Pseudomonas fluorescens”为题，发表于微生物学Top期刊《微生物组（Microbiome）》（5年平均影响因子：18.5）。
假单胞菌是可培养细菌第二大属，荧光类假单胞菌是一类典型的植物根际促生菌（Plant Growth-Promoting Rhizobacteria， PGPR），具有拮抗病原菌、诱导植物抗性、促进植物生长、改善植物健康的特征。当前对 PGPR 的研究多聚焦于单个基因的功能，而对这些基因如何协同作用、共同调控环境–微生物–植物的多界面互作缺乏系统认识。本研究系统解析了荧光假单胞菌16个与蛋白分泌、信号调控和抗菌代谢相关的基因，逐一敲除并系统比较了各突变体的运动能力、生物膜形成、植物免疫激发以及土壤和根际微生物群落变化。研究发现，全局调控因子GacS作为“总开关”，协调下游两条关键通路GacS-FliC与GacS-Phl，参与根际微生物群落重塑与细菌竞争。一方面，GacS 通过调控鞭毛蛋白基因 fliC 的表达影响细菌运动能力、调节植物免疫激发、富集德沃斯氏菌（Devosia）等在内的有益菌，重塑根际微生物群落结构。另一方面，GacS通过调控phl合成基因簇，促进抗菌物质2,4-二乙酰基间苯三酚（2,4-DAPG）的产生，直接抑制土壤中另一大有益微生物类群--链霉菌（Streptomyces）的丰度，重塑微生物互作格局。体外验证表明，荧光假单胞菌对链霉菌属具有广谱的抑制能力，且该作用主要依赖GacS-Phl途径。
本研究首次从“环境–微生物–植物”三元互作界面解析了 PGPR 重要基因元件的功能调控网络，提出了“全局调控因子–功能基因簇–环境响应”的协同作用模型，深化了对有益微生物如何协调自身运动、植物免疫激发与抗菌物质合成等多种生态功能、进而影响根际微生物群落过程的认识，为有益微生物的定向优化以及合成微生物群落的理性设计提供了理论依据。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所毕业生罗媛博士（现就职于人大附中苏州学校）、助理研究员王静为论文第一作者，魏海雷研究员为论文通讯作者，中国农业科学院生物技术研究所助理研究员马毅楠、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所副研究员李俊州、中国农业大学张力群教授参与部分工作。该研究得到北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、北京市乡村振兴农业科技项目（NY2401090200）、中国农业科学院科技创新工程（CAAS-CSCB-202401）的资助。
原文链接：DOI : 10.1186/s40168-026-02557-9