王蒙岑/吕天星课题组在ISME Journal发文构建植物-微生物组化学通讯的表观遗传工程化策略
植物微生物组系统作为碳汇、养分循环和生态系统稳定性的关键枢纽，在可持续农业与粮食安全中发挥着至关重要的作用。化学通讯是动态植物–微生物组系统中交互成员之间普遍存在的沟通方式，它从根本上驱动了共进化的进程，并通过与表观遗传调控的交织，协调植物及其相关微生物的适应性反应。尽管表观遗传调控在化学通讯中具有关键作用，但其潜在机制尚未得到充分阐明，这在一定程度上限制了现代农业中对植物–微生物互作潜力的有效挖掘。
2025年11月4日, 我所王蒙岑/吕天星课题组在微生物生态学领域顶级期刊The ISME Journal发表了题为Epigenetic landscape underlying plant-microbiome chemical communication的前瞻性综述。该论文梳理了植物-微生物化学通讯中的表观遗传调控图景，提出了四种化学–表观遗传互作模式，并引入智能点击化学（Intelligent Click Chemistry, ICC）策略，为揭示植物–微生物互作的分子机制与精准利用微生物功能实现可持续农业提供了新思路。
该论文系统整合了植物–微生物化学通讯与表观遗传调控领域的最新进展，提出了“化学–表观遗传（chemo-epigenetic）”新视角，并揭示了植物、常驻微生物群与病原体三者之间互作的复杂性与可塑性。首先回顾了植物与病原体在共进化过程中形成的免疫体系，强调表观遗传调控在植物防御与病原致病性中的核心作用，表观遗传调控作为化学通讯的重要调节层，通过影响植物防御反应与代谢途径的转录活性，在植物–微生物互作中发挥关键作用。
在传统二元模型基础上，文章进一步提出了植物–常驻微生物–病原体的三元互作框架，指出常驻微生物是植物–微生物互作网络的重要组成部分，在调控植物生长与抗病性中发挥关键作用，并可在不同条件下在共生与致病状态之间转换。作者据此提出四种具有代表性的化学–表观遗传调控模式：(1)微生物介导的代谢防御(Microbiota-mediated metabolic defense)；(2)微生物群落组装与M基因调控(Microbiota assembly and M gene)；(3)微生物抑制病原菌致病性 (Microbiota-suppressed pathogen pathogenicity)；(4)微生物促进病原菌侵染(Microbiota-facilitated pathogen infection)。该框架揭示了表观遗传调控在维持植物–微生物互作稳定性与生态功能平衡中的关键作用。
为进一步解析这些复杂的化学-表观遗传事件，文章提出了智能点击化学概念，将人工智能与点击化学相结合，用于识别和追踪化学分子与表观遗传靶点之间的动态关系。该策略有望通过高通量分子标记与计算预测，构建植物–微生物系统中化学通讯与表观遗传调控的精确映射，从而实现功能微生物的靶向利用与抗病性调控。综上，该论文融合化学、植物学、微生物学以及表观遗传学等多学科，构建了植物–微生物组化学通讯的表观遗传调控框架，揭示其在塑造植物抗性、微生物功能与生态平衡中的关键作用，为通过精准调控化学信号与表观遗传网络以实现可持续农业提供了新思路。
博士研究生桂芳泽为论文第一作者，吕天星博士、王蒙岑教授为共同通讯作者。新乌兹别克斯坦大学Yusufjon Gafforov教授、新里斯本大学Juan Ignacio Vílchez教授、生物所马忠华教授为研究工作提供了重要支持。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江大学全球合作基金等项目资助。
王蒙岑课题组长期致力于植物-微生物-环境互作机制与应用技术研发，发现共生菌通过激活宿主抗病代谢通路（Nature Microbiology, 2023）、干扰病原菌致病基因转录（Nature Microbiology, 2024）以及靶向抑制病原菌毒力因子（Nature Plants, 2021）等关键机制参与调控植物抗病性，构建了植物抗病共生菌资源挖掘、辅助育种和精准设计平台（Nature Food, 2022; Nature Plants, 2024; The ISME Journal, 2025），部分基础研究成果应用于生防新技术的研发（Fundamental Research, 2022; New Phytologist, 2024），为靶向聚合育种的微生物组智能设计以及新型菌剂开发奠定了基础。
原文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf249