近日，王国栋、白洋团队合作研究发现，植物根系分泌的维生素B3（VB3，nicotinate and nicotinamide）能够选择性招募具有特定代谢能力的根际细菌，并借助这些细菌将VB3转化为一种新的微生物代谢信号分子-6-羟基烟酸（6-OHNA， 6-hydroxy nicotinate），从而激活植物系统性免疫。该研究揭示了植物营养物质分泌与根际微生物功能特化之间的代谢联系，为理解植物如何利用根际微生物增强自身免疫提供了新的机制。研究发现，植物根系能够分泌VB3进入根际环境。VB3并非直接作为免疫信号发挥作用，而是能够对根际微生物群落产生选择性压力，富集一类携带保守nic生物合成基因簇（nic BGC）的细菌。进一步研究表明，这些细菌能够利用植物提供的VB3，并通过nic基因簇编码的代谢系统将其转化为6-OHNA。6-OHNA是本研究发现的关键功能性代谢物。研究人员发现，细菌产生的6-OHNA能够由植物根部进一步运输至地上部，并在那里诱导依赖水杨酸（SA, salicylic acid）的免疫反应，使植物处于一种“预警”状态。当植物随后受到病原菌侵染时，其防御反应能够被更加迅速和有效地激活，从而提高植物的系统性抗病能力。

 

    遗传学和功能验证进一步支持了这一机制。当根际细菌中的nic BGC受到破坏时，6-OHNA的产生以及相应的免疫预激效应均受到影响；而增强植物根系VB3的分泌，则能够进一步提高植物的抗病能力。这些结果表明，植物并非只是被动接受根际微生物的影响，而能够通过调节自身代谢物的释放，为特定微生物提供底物，并借助微生物的代谢能力产生具有远距离信号功能的分子。该研究由此提出了一个新的植物—微生物代谢互作模式：植物根系释放VB3，选择性富集具有相应代谢能力的根际细菌；细菌进一步将VB3转化为6-OHNA；6-OHNA由根部向地上部运输，并激活SA依赖的系统性免疫。该过程形成了一个从 “植物代谢物分泌—微生物功能特化—微生物代谢物产生—植物系统性免疫”相互连接的代谢交流网络。

 

    研究结果表明，植物可以通过向根际环境提供特定代谢底物，“借助”具有特定功能的有益微生物，将自身代谢物转化为具有生物活性的免疫信号。这一发现拓展了对植物根际微生物组功能的认识，也为从植物代谢和微生物代谢的协同角度理解植物免疫提供了新的研究框架。

 

    相关研究成果以A vitamin B₃-driven root bacterial metabolite primes systemic immunity in Arabidopsis为题，在线发表于Science Advances杂志（DOI:10.1126/sciadv.aef8959）。王国栋研究员与白洋研究员为共同通讯作者，王学梅博士为论文第一作者；蒋鹏、徐鑫丹等为共同作者。研究同时得到了中国科学院遗传发育所李磊研究员、北京中医药大学的林生研究员等多家合作团队的鼎力参与。该研究得到了教育部基础学科与交叉学科突破计划、国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目资助。

 

根际细菌来源 6-OHNA 调控植物免疫的模型

植物分泌的维生素B₃（VB₃）被携带功能性nic BGCs（nicotinic acid/烟酸生物合成基因簇）的根际细菌摄
取，并通过NicAB酶复合体转化为6-羟基烟酸（6-OHNA）。微生物产生的6-OHNA作为一种可移动信号分
子，促进细菌生长，并在拟南芥中系统性诱导依赖水杨酸（SA）的免疫预激。在远端叶片中，6-OHNA诱导核
心SA生物合成相关基因ICS1、EDS5和PBS3的表达，从而促进SA积累并激活免疫预激状态，最终增强植物对叶
部病原菌Pst DC3000的抗性。总体而言，该模型揭示了一种由植物来源营养物质—根际细菌代谢—系统性免疫
调控相互连接的代谢交流机制，并由此塑造植物的抗病能力。