近日，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所（以下簡稱蔬菜所）病害課題組在國際著名期刊Microbiome （IF=13.8，微生物學科1區(qū)top5%） 在線發(fā)表了題為“Deciphering the role of rhizosphere microbiota in modulating disease resistance in cabbage varieties” 的研究論文。該研究首次揭示了抗病基因（R基因）可重塑植物根際微生物群落，并通過招募有益微生物作為核心微生物種群，構(gòu)建更加穩(wěn)定和復雜的微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高植物抗病性的新機制。該研究為建立植物病害防控新策略提供了新的理論支撐。

 

　　近年來，多項研究發(fā)現(xiàn)植物可通過M基因（microbiome-shape）調(diào)控微生物群落以提高植物的抗病性。植物抗病基因（R基因）是植物抵抗病害的最關(guān)鍵基因。但R基因是否可以作為M基因來重塑微生物群落，進而抑制病害的發(fā)生，一直未見有相關(guān)的報道。

 

　　甘藍枯萎病（CFW）是一種嚴重危害甘藍生產(chǎn)的土傳病害，甘藍抗病品種對CFW的抗性是由1個NBS類的R基因（FOC1）所決定。前期，蔬菜所甘藍課題組將FOC1基因?qū)氲街懈?1（ZG, 高感CFW），培育出新中甘21（YR, 高抗CFW）。ZG和YR的遺傳背景高度相似，對CFW的抗性差異僅由1個R基因決定，因此是研究R基因與根系微生物群落關(guān)系的優(yōu)良材料。本研究首先通過微生物組群落分析，鑒定了ZG和YR根系微生物群落組成的差異，發(fā)現(xiàn)抗病品種根系微生物物種的組成更加豐富，并形成了更復雜、穩(wěn)定的微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。進一步研究表明，R基因重塑了根際微生物群落，并通過招募有益微生物，形成了以有益微生物為核心種群的高度穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，從而更好的抵御病原菌的侵染。在此基礎(chǔ)上，通過整合微生物組，培養(yǎng)組、基因組等組學數(shù)據(jù)，分離鑒定了抗病品種根際微生物網(wǎng)絡(luò)中的核心微生組種群中的關(guān)鍵物種 （hub taxa） Pseudomonas brassicacearum NA13。體外平板抑制和體內(nèi)盆栽接種NA13實驗證明了該菌株可以通過直接抑制CFW和誘導植物抗性的方式達到對CFW的抑制作用。對生防菌NA13的生防機理分析表明，NA13可通過調(diào)控乙烯，茉莉酸，水楊酸等植物激素途徑中關(guān)鍵基因的表達，提高植物對病原菌的抗性。進一步實驗表明，NA13還可顯著提高作物對其他土傳病害，如根腫病，青枯病等的抗病性，在生防應(yīng)用中有著巨大的潛力。

 

　　該研究發(fā)掘了植物R基因除了傳統(tǒng)的抗病功能外，還可通過重塑作物根際微生物群落，提高作物抗病性的新角色。這項工作為實現(xiàn)抗病育種與微生物群落防控兩大領(lǐng)域有機統(tǒng)一提供了理論支持，同時為聯(lián)合抗性品種挖掘和合成微生物組學（Syncom），開發(fā)新型生防菌劑提供了新的思路。

 

　　蔬菜所已畢業(yè)碩士研究生平星星（現(xiàn)為南開大學在讀博士）為論文的第一作者；平星星的碩士導師凌鍵研究員，以及謝丙炎研究員、茆振川研究員為論文的通訊作者，蔬菜所為通訊單位。蔬菜所甘藍組呂紅豪研究員為本研究提供了重要的支持。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1401200），蔬菜生物育種全國重點實驗室，國家自然基金（31571962）等項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-024-01883-0。