성적 식물 생식은 Arabidopsis에서 두 개의 시너지드(synergids)가 정자-세포를 전달하는 화분관(pollen tube, PT)을 끌어들이는 것에 의존하며, 이어서 이들 시너지드가 프로그램된 세포사멸(programmed cell death, PCD)을 겪는다. 병원성 조절인자들이 미토겐 활성화 단백질 키나아제 4(mitogen-activated protein kinase 4, MPK4)를 교란하면, 저항 단백질(R) SUMM2 매개 면역과 세포사멸이 활성화된다. 본 연구에서는 시너지드의 보존과 활성산소종(reactive oxygen species, ROS) 항상성이 MPK4에 의해 밀접하게 연관되고 유지됨을 보여준다. mpk4에서는 ROS 수준이 증가하며, 시너지드가 PT 수용(reception) 이전에 조기에 PCD를 겪는다. 그러나 ROS 소거제와 SUMM2의 교란이 mpk4에서 ROS 항상성, 시너지드 유지 및 PT 인식을 회복시켜, MPK4의 수호자(guardian)인 SUMM2가 시너지드-PCD를 유발함을 입증한다. mpk4/summ2에서는 PT가 feronia-like 과증식( overgrowth ) 표현형을 보인다. 본 결과는 식물 생식 과정에서 면역과 연관된 PCD와 시너지드 세포사멸이 MPK4에 의해 조절됨을 보여주며, 전신적 R 매개 면역(systemic R-mediated immunity) 동안 식물 생식이 억제되는 데 대한 기저 분자 메커니즘을 강조한다.

연구 배경 Fabaceae과에 속하는 Astragalus propinquus (AP)와 Glycyrrhiza uralensis (GU)는 치료적 특성으로 널리 사용되고 있다. 그러나 이들의 뿌리에서 공생(내생) 미생물 군집은 여전히 대부분 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 근권(rhizosphere)에서 번성하는 미생물 군집을 제외하고, 배양 의존적 및 -비의존적 방법을 모두 사용하여 AP와 GU의 뿌리 관련 세균 및 진균 군집의 구조와 특성을 비교하였다. 연구 결과 메타바코딩 기반 접근법을 통해 GU의 뿌리 미생물군집에서 AP에 비해 Proteobacteria의 풍부도가 더 높은 것으로 나타났다. 진균 군집도 유사한 구분을 보였으며, AP와 GU는 각각 주로 Ascomycota와 Basidiomycota를 보유하였다. AP의 세균 군집은 GU보다 유의하게 더 높은 다양성을 보였고, 예를 들어 Steroidobacterales와 Micromonosporales와 같은 고유 분류군을 포함하였다. 반면 GU의 세균 군집은 상대적으로 다양성이 낮았으며 Xanthomonadales가 우점하였다. 차등 풍부도 분석 결과, 식물 종은 AP와 GU에서 각각 301개의 세균 및 228개의 진균 앰플리콘 서열 변이(ASVs)에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그중 B5_f_ Comamonadaceae는 GU보다 AP에서 현저히 더 풍부하게 나타났다. 유의한 풍부도 차이를 보이는 세균 ASVs를 분석한 랜덤 포레스트 모델은 대부분의 세균 ASVs가 AP에서 더 풍부하게 나타남을 시사하였다. AP와 GU 사이에서 함께 검출된 96개의 ASVs를 포함하여 1,243개의 ASVs로 구성된 범-미생물 군집(pan-microbial community)이 확인되었으며, 3개의 핵심(core) ASV로 B2_f_ Pseudomonas, B5_ Comamonadaceae, B70_ Cutibacterium이 포함되었다. 진균 군집은 435개의 ASVs로 구성되었고, 98개의 공유 ASV 및 8개의 핵심 ASV(F5_ Paraphoma, F6_f_ Lysurus, F22_ Alternaria, F30_ Phaeosphaeria, F53_ Cladosporium, F36_ Moesziomyces, F55_f_ Neocucurbitaria, F56_ Malassezia)를 포함하였다. 미생물 네트워크 내에서 미생물의 역할을 규명하기 위해 허브 노드(hub nodes)도 확인하였다. AP에서는 B152_o_ Burkholderiales, F14_ Exophiala, F33_ Fusarium이 핵심 허브 노드였으며, GU에서는 B36_ Paenibacillus가 중심 허브 노드였다. 시험관 내 배양 데이터와 분자 서열 분석 결과를 비교한 결과, Pseudomonas는 AP에서 우점하고 Bacillus는 GU에서 우점하는 등 중첩되는 양상을 보였다. 결론 이러한 결과는 AP와 GU 간에 서로 다른 미생물 군집이 존재함을 보여주며, 각 종은 고유한 세균 및 진균 목(order)과 미생물 네트워크의 복잡성과 다양성의 차이를 나타낸다. 이러한 차이는 영양소 순환 및 2차 대사산물 생산과 같은 기능적 기여 가능성을 시사하며, 이는 뿌리 관련 미생물 군집이 이들 식물의 치료적 특성에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.