Nature Plants | 奥地利格拉茨工业大学与浙江大学揭示种子内生菌影响水稻抗病性！

过去50年来，人口翻了一番，估计到2050年将超过90亿，这导致对农产品的需求大大增加。水稻（Oryza sativa L.）是世界上一半人口的主要农作物和主食，在维持全球粮食供应方面发挥着核心作用。但是，植物病害限制了世界各地的农作物产量，而且随着全球气候变暖，病害的蔓延预计将进一步加剧。由于产生毒素的伯克霍尔德氏菌病原体的急剧增加，种子传播的细菌性疾病的流行对水稻生产构成了严重威胁，这对稻田生态系统的产量、质量甚至复原力造成损毁性破坏（近5年56篇高水平文章！Nick Talbot院士团队在水稻抗病领域取得一系列进展！Nature Microbiology | 研究揭示精胺介导稻瘟病菌侵染水稻叶片的新机制！Nature Communications | 稻瘟病菌的细胞核效应蛋白通过转录重编程调控宿主免疫！eLife | 张正光团队研究揭示稻瘟病菌逃避宿主植物免疫反应的精细机制！）。

伯克霍尔德氏菌病原体因其种子传播的起源和毒素的产生而具有特征性，在过去的十年中已在全球范围内遍及亚洲、非洲和美洲。来自伯克霍尔德氏菌属的第一个鉴定出的种子传播病原体B. glumae（Bg），产生了毒素黄酮，一种氮杂哌啶毒素，是导致稻穗腐烂和谷物作物枯萎的关键毒力因子。最近，发现了更具破坏性的植物双歧杆菌（Bp）。它会在禾本科作物的13个属中引起水稻幼苗枯萎和谷粒腐烂，并通过产生特罗泊酮（TR，一种独特的七元非苯甲类芳香毒素和毒力因子）而污染农业环境。TR对广泛的微生物产生不利影响，使具有TR积累的生态位成为水稻植物生物群落中其他微生物的敌对生境，但反过来促进了生物膜的形成和Bp的连续扩散以维持其感染周期。这些生态特性使预防Bp的措施更加复杂和停滞。众所周知，基于农药的病害预防仍然是全球水稻生产的主要解决方案，但是仍然缺乏有效且特定的农药来控制种子传播的病原细菌。

在现代农业实践中，操纵宿主植物的抗病性被认为是一种有前途的选择，也是一种对环境更友好的方法（Science Advances | 王国梁和王旭丽团队揭示真菌效应蛋白调控线粒体动态并抑制植物免疫！Nature Microbiology | Nicholas Talbot点评：掌控稻瘟病菌！Nature Plants | 研究阐明水稻二萜抗菌素代谢的遗传基础及抗病机制！Molecular Plant | 王国梁和宁约瑟团队研究揭示NLR介导的水稻抗病新机制）。目前对病害抗性的了解主要来自所谓的疾病三角中植物与病原体相互作用的二元模型。众所周知，PAMP触发的免疫和效应蛋白触发的免疫与复杂的信号串扰相关，而环境影响只是最近才开始显现。此外，抗病性也与植物-微生物群的相互作用有关（Nature Plants | 荷兰瓦赫宁根大学揭示植物病原菌利用效应蛋白操纵宿主微生物组！水稻与根际微生物的关系：亦敌亦友）。在单子叶和双子叶高等植物中，例如玉米、拟南芥、番茄和水稻中，已经描述了植物微生物群落的高度多样化的成分。然而，我们对植物微生物区系的了解主要来自根际和叶际，而种子微生物区系在很大程度上仍被忽略。

2021年1月4日，国际权威学术期刊Nature Plants发表了奥地利格拉茨工业大学Tomislav Cernava和浙江大学王蒙岑团队的最新相关研究成果，题为Bacterial seed endophyte shapes disease resistance in rice的研究论文。

在这篇文章中，科研人员已经观察到，在相同的病原体压力下，相同品种的水稻植株可以分化为抗病和易感的表型。在鉴定出种子内生细菌为抗性传导剂后，高通量数据，基因突变和分子相互作用测定的整合促进了潜在作用方式的发现。在抗病水稻种子中世代积累和传播的鞘氨醇单胞菌通过产生邻氨基苯甲酸（AA）来赋予对疾病易感表型的抗性。在不影响细胞生长的情况下，邻氨基苯甲酸会干扰种子传播的病原体Burkholderia plantarii（植物伯克霍尔德氏菌）的sigma因子RpoS，可能会导致毒性因子生物合成所需的上游级联反应受损。总体研究结果凸显了种子内生菌在“疾病三角”的植物病理学范式中的隐性作用，其中包括植物、病原体和环境条件。这些见解对于受到全球广泛细菌性病害威胁的现代作物栽培来说，具有潜在的开发价值。

图1：不同地域产地的水稻秧苗在抗病方面的的可分辨表型

图2：水稻种子体内普遍存在的细菌属

图3：赋予抗病性的种子内生菌的特征分析

图4：鞘氨醇单胞菌产生的用于赋予抗病性的重要信号分子的筛选和鉴定

图5：鞘氨醇单胞菌衍生的AA的生态功能

图6：AA对Bp细胞功能造成干扰的转录组图谱和SPR分析

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”

喜欢就转发、收藏，点“在看”