Fundamental Research | 王蒙岑：穗部代谢可帮助水稻抵御病菌侵染

Fundamental Research 2022-12-31

Fundamental Research 2022年第2卷第2期封面

穗部代谢可帮助水稻抵御病菌侵染

关键词：水稻，病原菌，致病因子，转录重编程，农药

在与病原菌的长期斗争中，植物进化出复杂的防御系统来应对病原菌的“武器”—致病因子。虽然，植物天然免疫系统能够识别大分子的致病因子（例如表面多糖、鞭毛蛋白、效应蛋白等），触发PTI反应及ETI免疫，但对于小分子的致病因子（例如小分子的毒素）却难以发挥作用。前期研究发现，病原细菌致病因子的表达可能受到植物局部代谢网络的影响，从而导致侵染程度上的差异（Matsumoto H. et al., Nature Plants, 2021），但相关机制仍不清楚。因此，进一步深入认识病原菌小分子致病因子在植物上表达差异机制，对于有效防控植物细菌病害具有重要意义。

针对上述科学问题，浙江大学植物与微生物生态化学研究小组开展了相关工作。鉴定了引起植物伯克氏菌致病因子差异表达的水稻穗部代谢信号分子ATT，并揭示了ATT调控植物伯克氏菌致病力转录重编程从而增强水稻抗病性的新机制。近期，该研究成果发表于国家自然科学基金委员会主管、主办的期刊Fundamental Research。

研究人员采集了浙江省6个不同地区的水稻稻穗，解析了植物伯克氏菌小分子致病因子托酚酮（TR）与特征代谢物在穗部的形成规律。结果表明，噻唑类杀菌剂经水稻代谢转化，在穗部积累形成的产物ATT，其与TR表达的降低呈显著相关。ATT在痕量水平无明显杀菌效果，但能够显著抑制TR表达。这也表明ATT可能是影响病原细菌致病力的信号分子。进一步通过基因敲除、TR调控系统互作体系、转录组测序，发现ATT信号分子通过干扰双组分系统抑制群体感应系统介导的TR表达。SPR互作体系与分子对接等证据表明ATT对 TroK跨膜结构域关键位点存在直接靶向作用，可能是引起HATPase_c结构域与ATP结合受阻的根本原因。风险评估发现ATT对生态环境友好，不仅具有极低的膳食风险，而且不会干扰水稻有益内生菌群的生长、繁殖。

水稻的丰收丰产在保障我国粮食安全中发挥着重要作用。近年来，水稻细菌性病害发生面积逐年扩大，严重影响粮食安全生产。目前，化学杀菌剂仍是防治水稻病害的主要措施，但生产中的不合理和过量施用会导致严重的3R问题（有害生物抗药性、再猖獗、农药残留）。该研究揭示了穗部代谢在水稻抵御病原菌侵染中的新功能，探索和鉴定了靶向病原菌致病力的信号小分子。研究成果为生产中杀菌剂抗药性的治理、高效生防菌剂的研发提供了新思路，在水稻病害绿色防控技术中具有潜在应用价值。

图1. 水稻穗部代谢物ATT信号分子靶向病原菌致病力的作用模式。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2022年第2期发表的文章“H. Matsumoto, Y. Qian, X. Fan, et al., Reprogramming of phytopathogen transcriptome by a non-bactericidal pesticide residue alleviates its virulence in rice, Fundamental Research 2(2)(2022) 198-207”。

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主要作者简介

王蒙岑 浙江大学农业与生物技术学院教授，博士生导师。从事植物-微生物-环境互作、植物病害防治的研究工作。主持国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、国家重点研发计划等。在国内外学术期刊发表论文50多篇，获得国家授权发明专利7项。

Haruna Matsumoto 浙江大学农业与生物技术学院在读博士研究生。研究方向包括水稻与微生物互作、微生物种间互作。在国际学术期刊发表论文6篇。

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