植物和动物依靠铁来生长和调节微生物群，微生物群共存于人类肠道和植物根部周围的土壤等地方。植物在获取铁时面临着特殊的挑战，因为它们用来增加铁利用率的策略会改变根部微生物组，并可能无意中使有害的土壤细菌受益。

索尔克研究所的科学家现在发现，植物可以通过消除IMA1(钢铁侠1)来控制缺铁，而不会帮助“坏”细菌繁殖，IMA1是根部缺铁的分子信号，有受到细菌攻击的风险。研究小组的研究还发现，叶子中更多的IMA1可以使它们更能抵抗细菌的攻击，这表明缺铁信号通路和植物免疫系统是紧密相连的。研究结果可能提供一个新的潜在目标，帮助提高植物的恢复力。

索尔克利用植物计划执行董事WolfgangBusch博士表示：“微生物决定土壤中碳的命运，因此揭示植物如何对其土壤微环境做出反应并影响其土壤微环境可以教会我们很多关于优化植物碳储存的知识。”当科学家在不断变化的气候中优化植物健康时，植物在面对缺铁等环境匮乏时如何调节信号和免疫反应将至关重要。”

作者写道，铁是所有生命分支生长的必需营养素，但虽然铁是植物中最常见的元素之一，但生物可利用的铁(植物和动物可以利用的铁)是一种相对稀缺的营养素。“因此，生物体之间对铁的激烈竞争是很常见的。”在植物中，缺铁以及随之而来的植物生长发育不良并不罕见。由于停止生长并不理想，植物开发出了促进低铁环境中铁吸收的技术。不幸的是，这些技术也可以改变根部周围的整个微生物组，不仅可以增加植物的铁利用率，还可以增加附近有害细菌的铁利用率。

“总的来说，铁在调节植物-微生物相互作用方面发挥着重要但复杂的作用，”该团队继续说道。“然而，关于这种多方面的相互作用，包括根际中的植物、有益或共生和病原微生物，仍有待了解。”

为了帮助阐明植物健康、铁水平和细菌威胁之间的复杂关系，Busch和同事将目光转向了小型植物模式生物拟南芥。他们在低铁(-Fe)和高铁(+Fe)生长基质中培养植物，有或没有flg22，flg22是一种细菌鞭毛的肽片段，可以模拟细菌的存在。

“我们假设植物和细菌之间会对铁存在某种竞争，”第一作者、布希实验室的博士后研究员曹敏博士说。“但我们发现，当植物感到受到有害细菌的威胁时，它们愿意停止获取铁并停止生长——它们会剥夺自己的权利，以剥夺敌人的权利。”

结果表明，当根部在低铁环境中暴露于鞭毛时，植物会产生意想不到的反应。植物和细菌之间并没有发生预期的铁争夺战，而是通过消除缺铁信号IMA1立即失败。“IMA1是一种韧皮部移动信号，会因缺铁而被触发，”他们解释道。相反，当根部暴露于高铁环境中的鞭毛时，IMA1并未被消除，但也不需要表达，因为铁水平足够。

在因低铁和鞭毛而消除IMA1的植物中，研究人员遇到了另一个惊喜。他们发现IMA1越多，植物叶子对细菌侵袭的抵抗力就越强。这一观察结果得出这样的结论：铁的可用性和缺铁信号有助于协调植物的免疫反应。“由于IMA1被认为是一种将信息从芽传递到根的移动信号，因此我们检查了IMA1是否也具有协调芽中铁和免疫反应的作用，”他们指出。他们发现，在+Fe条件下，地上部的IMA1蛋白水平较低，而-Fe条件下，IMA1蛋白在地上部表皮细胞、叶肉细胞和维管组织中大量积累。“在-Fe条件下用flg22处理会降低表皮细胞和叶肉细胞中的IMA1蛋白，但不会降低维管组织中的IMA1蛋白，这表明，就像在根中一样，芽中也存在针对IMA1的细胞类型特异性调节机制。”

布希也是索尔克植物科学赫斯主席，他总结道：“植物铁营养与细菌之间存在着长期存在的关系。通过更细致地探索这种关系，我们发现了一种令人惊讶的新信号通路，植物利用该信号通路来关闭铁的吸收，作为抵御威胁细菌的防御策略，而这种策略也恰好改变了植物的免疫反应。”

作者进一步得出结论，“我们的研究结果揭示了营养免疫的适应性分子机制，影响铁的生物利用度和吸收，以及免疫反应……综上所述，我们提出IMA1介导的缺铁反应和flg22-之间的拮抗功能引发的防御反应可能对于避免潜在病原体对铁进行生物利用并避免损害植物防御反应至关重要。”

Busch认为IMA1可能是优化植物免疫力的一个有用靶点，随着地球气候的持续变化和疾病开始更快地演变，这将变得越来越重要。发现植物在面对潜在有害细菌时会停止铁的吸收并阻止其生长，这只是一个更复杂的故事的一部分，这个故事结合了植物的恢复力、植物和动物微生物组以及潜在的气候变化。

未来，研究人员将探索靶向IMA1是否可以改变植物对疾病的抵抗力，以及植物根部的单个细胞究竟如何关闭IMA1信号通路。了解植物根可以让科学家了解其他吸收组织，如人类肠道，这样他们就可以更好地了解哺乳动物微生物组、免疫系统和铁的交叉点，以优化健康。

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