福建省農科院水稻所張建福研究員/謝華安院士團隊發現非寄主病原分泌物激活植物免疫的新機制

水稻是全球重要糧食作物，其高產和安全穩產直接關系國民經濟的穩定和發展。稻瘟病作為最具毀滅性的水稻病害之一，嚴重威脅水稻的安全生產。非寄主抗病性能使植物對侵染其他植物的病原微生物菌株產生免疫，是植物體內廣譜且持久的防御機制。揭示其中復雜的分子調控網絡，研究抗病分子機制在水稻生產中具有重要意義。

近日，福建省農業科學院水稻研究所張建福研究員、謝華安院士團隊在Plant,Cell & Environment上發表題為A Non-host Pathogen Elicitor Induces Blast Resistance Mediated by OsNAC78-Pir7b Module in Rice的研究論文。該研究闡明了非寄主病原菌分泌物激活植物免疫系統的分子機制，為水稻抗稻瘟病分子設計育種的研究提供新的思路。

研究團隊前期通過水稻單細胞測序分析捕獲轉錄因子OsNAC78的下游靶標基因Pir7b，Pir7b為防御相關基因。根據現有研究表明，非寄主病原菌丁香假單胞菌所分泌的syringolin A能夠激活水稻防御相關基因Pir7b的表達，但該響應機制尚未明確。由此展開了一系列研究，本研究首先對OsNAC78開展了稻瘟病抗性鑒定，通過對75-1-127背景的Osnac78敲除突變體以及對日本晴背景的OsNAC78過表達植株使用離體打孔接種、噴霧接種稻瘟病菌以及結合田間試驗鑒定等方式進行鑒定，結果表明OsNAC78正向調控水稻的稻瘟病抗性（圖1）。

圖1 OsNAC78正向調控水稻的稻瘟病抗性

為驗證Pir7b基因與稻瘟病抗性直接相關，研究團隊以水稻品種日本晴為遺傳轉化材料，通過農桿菌介導的遺傳轉化技術創制Pir7b的敲除和過表達材料，在實驗室和田間進行了稻瘟病抗性鑒定。結果發現Pir7b能正向影響水稻的稻瘟病抗性，進一步對Pir7b的抗病功能進行剖析，發現Pir7b通過提高過氧化物ROS的累積形成免疫以應對稻瘟病菌入侵，從而增強稻瘟病抗性。

圖2 稻瘟病田間自然誘發病圃

為驗證Pir7b基因的表達受syringolin A誘導，進行了雙熒光素酶實驗。結果顯示，OsNAC78和Pir7b基因的啟動子轉錄活性在syringolin A處理野生型原生質體后均出現不同程度的增強；syringolin A處理可顯著提高野生型和Osnac78突變體原生質體中Pir7b基因啟動子的轉錄活性，但Osnac78突變體原生質體中Pir7b基因啟動子的活性顯著低于野生型。以上結果表明，OsNAC78作為關鍵轉錄因子參與syringolin A介導的Pir7b基因表達過程。

圖3 Syringolin A通過OsNAC78-Pir7b模塊誘導稻瘟病抗性

通過syringolin A誘導的實驗結果發現，Pir7b的表達與OsNAC78同樣不受稻瘟病菌誘導，而是受syringolin A誘導。又接著通過在含syringolin A和不含syringolin A的培養基中的稻瘟病離體接種實驗結果顯示，經syringolin A處理后，野生型及各突變體植株的稻瘟病抗性均高于未處理組，其中syringolin A對野生型植株的稻瘟病抗性誘導效果最為顯著，而Osnac78/Pir7b雙突變體中會顯著削弱syringolin A 介導的稻瘟病抗性（圖3）。以上這些研究結果共同表明了syringolin A通過OsNAC78-Pir7b調控模塊誘導水稻稻瘟病抗性。

圖4 非靶向代謝組學分析

綜上所述，本研究證實了非寄主病原菌分泌的syringolin A能夠誘導水稻中轉錄因子OsNAC78的表達，進而上調其下游靶標防御相關基因Pir7b的轉錄水平，最終通過ROS途徑激發水稻的稻瘟病抗性（圖5）。該研究闡明了非寄主病原菌分泌物激活植物免疫系統的分子機制，為水稻抗稻瘟病方面的研究提供新的研究思路。

圖5 syringolin A誘導OsNAC78-Pir7b模塊激發稻瘟病抗性模型圖

福建省農科院水稻所謝云杰博士和福建農林大學植物保護學院碩士研究生賴鈺鈴為該論文的共同第一作者，福建省農科院水稻所張建福研究員為該論文的通訊作者，福建省農科院水稻所為該論文的第一單位。該研究得到國家自然科學基金、國家現代農業水稻產業技術體系、國家重點研發計劃項目等的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/PCE.70500