Phosphoribosylpyrophosphate synthetase as a metabolic valve advances Methylobacterium/Methylorubrum phyllosphere colonization and plant growth

甲基杆菌 叶圈 生物 殖民地化 基因 计算生物学 细菌 遗传学 微生物学 16S核糖体RNA
作者
Shouxin Zhang,Difei Zhou,Mengying Wang,Ya-Zhen Song,Chong Zhang,Shouxin Zhang,Jing Wang,Yao Lü,Xuhua Mo,Zengxin Ma,Xiao-Jie Yuan,Yi Shao,Haoran Wang,Si-Han Dong,Kai Bao,Shuhuan Lu,Martin Sadı́lek,Marina Kalyuzhnaya,Xin-Hui Xing,Song Yang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50342-9
摘要

Abstract The proficiency of phyllosphere microbiomes in efficiently utilizing plant-provided nutrients is pivotal for their successful colonization of plants. The methylotrophic capabilities of Methylobacterium/Methylorubrum play a crucial role in this process. However, the precise mechanisms facilitating efficient colonization remain elusive. In the present study, we investigate the significance of methanol assimilation in shaping the success of mutualistic relationships between methylotrophs and plants. A set of strains originating from Methylorubrum extorquens AM1 are subjected to evolutionary pressures to thrive under low methanol conditions. A mutation in the phosphoribosylpyrophosphate synthetase gene is identified, which converts it into a metabolic valve. This valve redirects limited C1-carbon resources towards the synthesis of biomass by up-regulating a non-essential phosphoketolase pathway. These newly acquired bacterial traits demonstrate superior colonization capabilities, even at low abundance, leading to increased growth of inoculated plants. This function is prevalent in Methylobacterium / Methylorubrum strains. In summary, our findings offer insights that could guide the selection of Methylobacterium / Methylorubrum strains for advantageous agricultural applications.

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