ISME：假单胞菌 T6SS 是抵御植物病原体的守护神

原文献信息：Bernal P, Allsopp LP, Filloux A, and Llamas MA. The Pseudomonas putida T6SS is a plant warden against phytopathogens. The ISME Journal. 2017; 11, 972-987.

摘要：

细菌VI型分泌系统（T6SS）是设计用来将毒性效应物传递到猎物细胞中的分子武器。这些纳米机器在细菌间竞争中发挥重要作用，并为活跃的T6SS菌株在多微生物环境中提供优势。在此，我们分析了生物防治剂恶臭假单胞菌Pseudomonas putida KT2440的基因组，识别出三个T6SS基因簇（K1-T6SS、K2-T6SS和K3-T6SS）。此外，我们发现了10对T6SS效应物-免疫对，包括假定的核酸酶和孔形成性肠毒素。我们展示了K1-T6SS是一种强效的抗菌装置，它分泌一种毒性Rhs型效应物Tke2。值得注意的是，P. putida能够依赖于K1-T6SS消除广泛的细菌，包括顽固的植物病原体，这表明T6SS在增强P. putida对抗竞争者方面具有重要作用。此外，我们观察到在P. putida与黄单胞菌Xanthomonas campestris共感染时，烟草（Nicotiana benthamiana）叶片的坏死明显减少。这种保护依赖于P. putida T6SS的活性。许多途径已被探索以开发能够调节根际和叶际微生物组成的生物防治剂。我们在此揭示了一种新的植物生物防治机制，这一机制需要在选择防病植物守卫者时加以考虑，以防止植物病原体感染。

VI 分泌系统（T6SS）广泛存在于革兰氏阴性细菌中，主要用于将毒性蛋白注入宿主或竞争细菌中。这一系统具有复杂的结构，包括收缩鞘、Hcp 管和 VgrG/PAAR 蛋白的刺突装置。T6SS 的模块化特性使其能够分泌多种效应蛋白，具有很强的适应性。除了在致病菌中的研究，T6SS 也存在于非致病菌如P. putida中，这些细菌利用T6SS杀死植物病原菌，从而提高其生物控制效果。T6SS 在细菌间竞争和生态互动中起着关键作用。

本文探讨了铜绿假单胞菌（Pseudomonas putida）的T6SS在植物防御病原菌中的作用。研究表明，T6SS通过分泌毒性蛋白杀死植物病原菌，帮助植物抵御侵害，提升植物的生长表现。文章详细描述了T6SS的结构和功能，并阐明其在环境微生物互动中的重要性。研究揭示，T6SS是Pseudomonas putida在植物根际生态系统中作为生物防控剂的关键因素。

结果：

全基因组筛查揭示P. putida中T6SS的多样性：对四十个P. putida菌株的计算分析表明，所有菌株均含有T6SS基因，其中90%的菌株至少含有一个完整的T6SS基因簇。单一菌株中的T6SS基因簇数量从零到四不等，大多数菌株含有一个或两个簇。总共识别出了66个完整的T6SS基因簇，分布在三个主要的系统发育谱系中，分别命名为1.2、2和4B。80%的簇属于1.2或4B组，而10%属于2组。

P. putida KT2440中的T6SS系统：在参考菌株P. putida KT2440中，鉴定出了三个T6SS系统（K1、K2和K3）。K2和K3系统包括两个基因簇，其中包含编码T6SS核心组件的12个基因。K1系统则与K2和K3系统不相关，属于植物相关的4B组。K1系统包括两个假定的操纵子和一个“中间”区域，结构操纵子包含15个基因，其中12个编码T6SS核心组件。

K1-T6SS的功能性和抗菌性：Hcp的释放依赖于T6SS，并用作功能性标志。通过构建带有HA标签的Hcp1版本的菌株，检测到野生型菌株的Hcp1，但在tssA突变体中未能检测到，这确认了K1-T6SS的功能性。通过竞争实验，P. putida野生型菌株能够消灭E. coli，而K1-T6SS结构基因的突变体则无法有效抑制E. coli，显示K1系统在体外表现出最强的抗菌活性。

P. putida KT2440编码了大量的T6SS细菌效应物：在KT2440基因组中鉴定出了10对潜在的效应物-免疫对，其中包括Tke2/Tki2。Tke2在功能测试中显著抑制了E. coli的生长，但通过表达免疫蛋白Tki2可以恢复生长，证明了Tke2/Tki2是一个真实的EI对。

P. putida在植物病原体竞争中的表现：通过使用三重T6SS突变体（ΔtssA1ΔtssM2ΔtssM3），P. putida在与植物病原体的竞争中显示出明显的优势。野生型P. putida在竞争实验中能显著减少植物病原体的存活率，而T6SS突变体几乎没有影响。进一步的植物体内竞争实验表明，P. putida能有效保护植物免受病原体侵袭，这一过程依赖于T6SS的抗菌特性。

文中图表：