Nature Microbiology |浙江大学农学院王蒙岑课题组破译了宿主植物与穗部微生物联合防御病原菌侵染的分子机制

近日，浙江大学农学院王蒙岑课题组在植物抗病防御机制上取得新成果，以题为“Phyllosphere microbiome induces host metabolic defence against rice false-smut disease”的研究论文发表于微生物领域国际著名期刊《Nature Microbiology》，入选《Nature Reviews Microbiology》研究亮点。该成果破译了宿主植物与穗部微生物联合防御病原菌侵染的分子机制，阐明了作物病害控残减毒防控技术的新靶点，为作物抗病品种的分子设计改良提供了新资源。

稻曲病是由活体营养型病菌Ustilaginoidea virens引起的水稻穗部真菌病害，目前在全球范围内的水稻主产区均有不同程度发病。稻曲病的流行不仅导致水稻大幅减产，而且会在穗部积累严重危害人畜健康的生物毒素，严重影响稻米产量、品质和食品安全。化学防治是目前防治稻曲病的主要手段，但过量或不合理施用药剂不仅会带来农药残留超标的风险，同时也会对稻田有益生物产生威胁、诱导病原菌的杀菌剂抗药性，其生态风险一直备受争议。

为了研发安全、环保和有效的稻曲病控残减毒防控技术，科研团队在实验室与田间同时开展攻关，以期挖掘到有价值的潜在线索。在田间调研时，科研团队注意到同一品种水稻在同一地点的相邻田块出现发病与抑病两种截然相反的穗部性状。这一独特的现象暗示除先天免疫系统之外，天然菌群很可能发挥“侵染响应开关”的功能，在幕后切断“侵染”通往“发病”的通道。

通过整合穗部代谢解析、毒素定性定量分析、宿主基因组编辑、微生物移植试验和生化、遗传学等技术手段，研究团队发现穗部关键核心菌群通过抑制支链氨基酸（BCAAs）氨基转移酶基因的表达来促进穗部BCAAs的局部积累，进而协助宿主防御稻曲病菌侵染。在BCAAs氨基转移酶基因的突变植株（Osbcat）中，独立于核心菌群的BCAAs积累也能够有效防御稻曲病菌侵染。防御机制解析表明，穗部BCAAs的积累能诱导病原菌发生Uvlao2介导凋亡样细胞死亡，从而阻止病害发生。基于上述发现，团队还开发了化学杀菌剂与BCAAs复配施药技术，开展了田间病害防控示范，在成功减少50%杀菌剂使用量的同时实现了理想防效。

近年来，稻曲病在全球水稻主产区的发生逐步加重，我国年均发生面积超4000万亩，导致减产超1.5亿公斤，严重威胁粮食安全生产。研究成果在植物与微生物组防御病害的互作机制上取得了新进展，为防控主粮作物穗部真菌病害及实现“十四五”期间我国粮食安全保障的战略目标提供了新策略。研究工作受国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助，农学院毕业生刘晓玉（目前为The University of Western Australia在读博士研究生）与浙江大学博士留学生Matsumoto Haruna为论文共同第一作者，王蒙岑教授为通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41564-023-01379-x

研究亮点评述链接：https://doi.org/10.1038/s41579-023-00908-z

图文来源： 植物微生物最前线公众号

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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