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Nature Plants封面刊登水稻抗擊病菌入侵的“秘密武器”

時間:2021-01-10

近日,《Nature Plants》以封面論文形式刊登了浙江大學農學院微生物生態化學研究小組題為“Bacterial seed endophyte shapes disease resistance in rice的研究成果。該研究先揭示了水稻與種子內生菌響應病原菌脅迫的共進化規律,并提出種子是親本抗病性“進化遺產”的新觀點。研究為抗病性資源挖掘、抗病性喪失治理開辟了新途徑,對研發新型微生物組“綠色農藥”具有重要意義。

種傳細菌病害嚴重影響我國谷物類糧食作物的安全生產。探索抗病性是研發環境友好型病害防控技術的基礎,對穩定全球糧食供應起著重要作用。在與病原菌進行的長期“軍備競賽”中,植物抗病性受天然免疫系統進化所驅動。然而,植物抗病性是否與自身攜帶的微生物組有關?是否能夠世代遺傳?這些科學問題仍鮮為人知。

為了尋找答案,研究人員收集了8172份水稻種質樣本。在觀察抗病性表型時,發現了一種有趣的表型分化現象:抗病性分化表型具有地理分布特異性,且與其種子內生細菌群落結構的差異緊密相關??剐员硇偷膬壬⑸锝M結構表現為鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)的顯著富集。跟進分析表明,核心成員瓜類鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas melonis)不僅能在抗性表型中世代傳遞,而且可賦予易感表型抗病性。S. melonis在水稻細菌性穗枯病菌(Burkholderia plantarii)侵染時作出負反饋響應,在質外體中積累化學小分子信號氨茴酸(Anthranilic Acid)。B. plantarii接觸氨茴酸后,其RpoS轉錄級聯反應調控的毒力因子(Tropolone)生物合成通路受到干擾,最終喪失侵染力。綜上表明,種子內生菌作為宿主植物的“延伸免疫系統”,為抗擊病原菌前線構筑了另一道“防線”。

該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、浙江大學高層次人才培育支持專項計劃等項目資助。浙江大學博士研究生松本春柰為論文第一作者,王蒙岑副教授為通訊作者,奧地利格拉茨工業大學(Graz University of TechnologyTomislav Cernava助理教授為共同通訊作者。浙江大學為第一和通訊作者單位。

原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41477-020-00826-5


(農藥與環境毒理研究所供稿)