在自然環境中，植物與其周圍衆多的微生物以複雜多樣的形式發生着相互作用。植物為微生物提供了豐富的營養來源，這些微生物反過來對植物的生長和健康産生緻病性、有益性或中性的影響。然而，不論涉及哪種微生物，植物首先将其識别為“非自身”體或将其成分視為非植物“自身”來源的分子，從而激活植物免疫系統做出防禦反應，該防禦反應過程常伴有被感染細胞或其鄰近細胞的死亡，如細胞壞死和細胞凋亡等細胞程序性死亡。不同的微生物可以根據它們的生活方式調節細胞死亡以完成其生命周期，如病原菌抑制細胞死亡成功侵染宿主，益生菌精确調節細胞死亡與宿主建立共生關系。内生菌作為一類具有特殊生态位的益生菌，能有效促進植物生長和提高植物抗逆能力，在植物保護方面具有巨大的開發潛力。然而，内生菌如何與植物建立共生關系，以及這種共生關系如何促進植物生長和抗病性，一直是科學研究的熱點和難點。
近年來，一種獨特依賴鐵和活性氧的新型細胞程序性死亡-鐵死亡，在動物研究中被廣泛報道，其參與免疫應激、氨基酸和鐵代謝等多方面生命活動，并與哺乳動物癌症、炎症和神經系統疾病密切相關。最近，鐵死亡也被發現參與植物與環境因子（病原菌入侵、熱脅迫）的相互作用及病原菌的生長發育調控。但現階段，鐵死亡在植物與環境因子互作中的作用仍是一個相對嶄新的概念。雖有證據表明鐵死亡參與植物對病原菌的響應，但是鐵死亡在植物與有益微生物共生關系建立中的作用未見報道。
2024年6月12日，2003网站太阳集团朱詠華教授團隊在中科院一區TOP期刊 Nature Communications（IF：16.6）上發表了題為“Ferroptosis induction in host rice by endophyte OsiSh-2 is necessary for mutualism and disease resistance in symbiosis”的研究成果。該研究首次揭示了内生放線菌OsiSh-2通過誘導水稻适度鐵死亡的發生促進其與宿主共生平衡，同時激活宿主免疫進入“防禦警備”狀态，增強共生體抗病性的作用機制。
該研究針對實驗室
前期篩選出的一株能顯著提高水稻抗稻瘟病能力的内生放線菌
Streptomyces hygcrscopicus
OsiSh-2
，該菌株在與水稻建立共生關系初期會誘導水稻葉中氣孔保衛細胞和葉肉細胞死亡，該過程伴随有明顯鐵和活性氧的積累。鐵死亡特異性誘導劑和抑制劑可顯著增強或抑制該過程的發生。進一步研究表明，水稻體内适度的鐵死亡發生可以有效控制OsiSh-2的定殖量，對二者共生平衡關系的建立與維持必不可少。通過構建OsiSh-2的鐵載體合成缺陷突變體
Δ
cchH
結合外源施用鐵載體去鐵敏證實，OsiSh-2對水稻體内鐵死亡發生程度的精确調控與其體内鐵載體的正常分泌有關。
此外，研究發現，
OsiSh-2誘
導水稻鐵死亡發生的過程中還可通過激活免疫反應，使水稻進入“防禦警備”狀态，進而增強共生體對稻瘟病的抗性。
綜上所述，
内生放線菌OsiSh-2與宿主水稻共生平衡關系的建立與維持依賴其對鐵死亡的誘導和精确調控。
本研究的發現為深入了解植物與益生菌的共生互作模式提供了新的理論基礎，同時為揭示益生菌和病原菌在調節宿主免疫行為中的差異作用機制開辟了新思路。
圖1. 内生放線菌OsiSh-2誘導水稻發生鐵和活性氧依賴的鐵死亡
2003网站太阳集团博士研究生熊現秋和碩士研究生曾鏡為本論文的共同第一作者，2003网站太阳集团朱詠華教授、劉選明教授和高豔副研究員為本論文的共同通訊作者，2003网站太阳集团為獨立完成單位。該研究得到了國家自然科學基金、湖南省重點研發計劃項目、湖南省自然科學基金、湖南省研究生創新項目的資助。
2003网站太阳集团朱詠華教授研究組長期從事農業功能微生物學研究，在國内較早期地系統開展了植物内生菌研究，主持國家自然科學基金、重大專項子項目等課題20餘項。該團隊先後在Journal of Hazardous Materials、Journal of Cleaner Production、mBio、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Crop Journals等國内外知名刊物上發表論文50餘篇，獲授權國家發明專利10項，轉化企業應用4項。
論文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49099-y
