近日，群体微生物研究中心邓懿祯教授团队与中山大学李剑峰教授团队在国际期刊Environmental Microbiome上发表题为“Rice phyllospheric Pantoea spp. suppress blast and bacterial blight diseases”的研究论文。研究发现，感病水稻植株能够主动招募具有益生功能的叶际微生物，其中Pantoea属菌株表现出显著的病害抑制能力，可作为防治水稻真菌性病害（稻瘟病）和细菌性病害（水稻叶枯病）的新型微生物资源。有趣的是，这些菌株的抗病机制并非直接拮抗病原菌，而是诱导植物系统获得性抗性（Systemic Acquired Resistance，SAR）。
水稻作为世界的主要粮食作物之一，其产量面临真菌性病害及细菌性病害的威胁。传统防控措施主要依赖使用化学农药和培育抗病品种，但是面临环境污染和抗性退化等风险。近年来，随着植物微生物组学的发展，人们发现根际微生物在维持植物生长与健康发挥重要作用。然而，植物如何通过调节叶际微生物结构而影响病害的发生机制，仍缺少系统性的证据。
该研究基于16S rRNA扩增子测序分析发现，在稻瘟病易感水稻品种CO39的茎部组织中，泛菌属（Pantoea spp.）菌群的丰度显著增加。研究人员从中分离并鉴定出3株菠萝泛菌P. ananatis菌株（A25-F1，A25-G1和A25-H1，合成菌群为A25-11）和1株分散泛菌P. dispersa菌株（B10-A1）。室内盆栽接种试验或田间试验结果均表明A25-11与B10-A1菌株可有效抑制水稻稻瘟病的发生（图1A）。而两种菌株对水稻植株本身均未表现出致病性。除此之外，菠萝泛菌菌株也能有效抑制由黄单胞菌Pxo99A菌株或另一致病菠萝泛菌SC7菌株引起的水稻细菌性叶枯病（图1B）。这两种菌株具有促进生长的多重能力，包括诱导吲哚-3-乙酸（IAA）合成、促进磷酸盐溶解、增强固氮能力以及分泌铁载体（图1C）。
图1 Pantoea菌株的抑病促生效果
进一步研究发现，A25-11或B10-A1菌株处理能显著诱导水稻叶片中免疫相关基因的表达并促进活性氧（ROS）积累，表明其生防效应可能源于对寄主植物免疫系统的激活（图2A）。而施用植物PAL酶抑制剂（可抑制水杨酸合成）AIP预处理水稻，则使A25-11或B10-A1菌株的生防效果大打折扣（图2B），提示生防泛菌可能通过激活植物水杨酸信号介导的系统获得性抗性赋予水稻抗病能力。
图2 Pantoea菌株诱导水稻获得性免疫
研究成果深化了对“植物-微生物”互作机制的理解，为开发基于微生物组调控的绿色病害防控新策略提供了重要的理论基础和方向。
学校植物保护学院博士生孙文达、中山大学生命科学学院博士后刘俏为论文共同第一作者，学校邓懿祯教授、梁志彬副教授和中山大学生命科学学院李剑峰教授为论文共同通讯作者；周筱帆教授和周佳暖研究员参与了该项研究。该研究得到国家重点研发计划项目资助。
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文图/群体微生物研究中心
