The lactonase BxdA mediates metabolic specialisation of maize root bacteria to benzoxazinoids

根际 细菌 生物 微生物群 基因 基因簇 植物 生物化学 遗传学
作者
Lisa Thoenen,Marco Kreuzer,Christine M. Pestalozzi,Matilde Florean,Pierre Mateo,Tobias Züst,Alice Wei,C. Giroud,Liza Rouyer,Valentin Gfeller,Matheus D. Notter,Eva Knoch,Siegfried Hapfelmeier,Claude Becker,Niklas Schandry,Christelle A. M. Robert,Tobias G. Köllner,Rémy Bruggmann,Matthias Erb,Klaus Schlaeppi
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49643-w
摘要

Abstract Root exudates contain specialised metabolites that shape the plant’s root microbiome. How host-specific microbes cope with these bioactive compounds, and how this ability affects root microbiomes, remains largely unknown. We investigated how maize root bacteria metabolise benzoxazinoids, the main specialised metabolites of maize. Diverse and abundant bacteria metabolised the major compound in the maize rhizosphere MBOA (6-methoxybenzoxazolin-2(3H)-one) and formed AMPO (2-amino-7-methoxy-phenoxazin-3-one). AMPO forming bacteria were enriched in the rhizosphere of benzoxazinoid-producing maize and could use MBOA as carbon source. We identified a gene cluster associated with AMPO formation in microbacteria. The first gene in this cluster, bxdA encodes a lactonase that converts MBOA to AMPO in vitro. A deletion mutant of the homologous bxdA genes in the genus Sphingobium , did not form AMPO nor was it able to use MBOA as a carbon source. BxdA was identified in different genera of maize root bacteria. Here we show that plant-specialised metabolites select for metabolisation-competent root bacteria. BxdA represents a benzoxazinoid metabolisation gene whose carriers successfully colonize the maize rhizosphere and thereby shape the plant’s chemical environmental footprint.

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