水稻是全球重要糧食作物，其高產(chǎn)和安全穩(wěn)產(chǎn)直接關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和發(fā)展。稻瘟病作為最具毀滅性的水稻病害之一，嚴(yán)重威脅水稻的安全生產(chǎn)。非寄主抗病性能使植物對(duì)侵染其他植物的病原微生物菌株產(chǎn)生免疫，是植物體內(nèi)廣譜且持久的防御機(jī)制。揭示其中復(fù)雜的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究抗病分子機(jī)制在水稻生產(chǎn)中具有重要意義。

近日，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所張建福研究員、謝華安院士團(tuán)隊(duì)在Plant,Cell & Environment上發(fā)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(tǒng)的分子機(jī)制，為水稻抗稻瘟病分子設(shè)計(jì)育種的研究提供新的思路。

研究團(tuán)隊(duì)前期通過水稻單細(xì)胞測(cè)序分析捕獲轉(zhuǎn)錄因子OsNAC78的下游靶標(biāo)基因Pir7b，Pir7b為防御相關(guān)基因。根據(jù)現(xiàn)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(guān)基因Pir7b的表達(dá)，但該響應(yīng)機(jī)制尚未明確。由此展開了一系列研究，本研究首先對(duì)OsNAC78開展了稻瘟病抗性鑒定，通過對(duì)75-1-127背景的Osnac78敲除突變體以及對(duì)日本晴背景的OsNAC78過表達(dá)植株使用離體打孔接種、噴霧接種稻瘟病菌以及結(jié)合田間試驗(yàn)鑒定等方式進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明OsNAC78正向調(diào)控水稻的稻瘟病抗性（圖1）。

圖1 OsNAC78正向調(diào)控水稻的稻瘟病抗性

為驗(yàn)證Pir7b基因與稻瘟病抗性直接相關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)以水稻品種日本晴為遺傳轉(zhuǎn)化材料，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)創(chuàng)制Pir7b的敲除和過表達(dá)材料，在實(shí)驗(yàn)室和田間進(jìn)行了稻瘟病抗性鑒定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Pir7b能正向影響水稻的稻瘟病抗性，進(jìn)一步對(duì)Pir7b的抗病功能進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)Pir7b通過提高過氧化物ROS的累積形成免疫以應(yīng)對(duì)稻瘟病菌入侵，從而增強(qiáng)稻瘟病抗性。

圖2 稻瘟病田間自然誘發(fā)病圃

為驗(yàn)證Pir7b基因的表達(dá)受syringolin A誘導(dǎo)，進(jìn)行了雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，OsNAC78和Pir7b基因的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性在syringolin A處理野生型原生質(zhì)體后均出現(xiàn)不同程度的增強(qiáng)；syringolin A處理可顯著提高野生型和Osnac78突變體原生質(zhì)體中Pir7b基因啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，但Osnac78突變體原生質(zhì)體中Pir7b基因啟動(dòng)子的活性顯著低于野生型。以上結(jié)果表明，OsNAC78作為關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子參與syringolin A介導(dǎo)的Pir7b基因表達(dá)過程。

圖3 Syringolin A通過OsNAC78-Pir7b模塊誘導(dǎo)稻瘟病抗性

通過syringolin A誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Pir7b的表達(dá)與OsNAC78同樣不受稻瘟病菌誘導(dǎo)，而是受syringolin A誘導(dǎo)。又接著通過在含syringolin A和不含syringolin A的培養(yǎng)基中的稻瘟病離體接種實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)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(duì)野生型植株的稻瘟病抗性誘導(dǎo)效果最為顯著，而Osnac78/Pir7b雙突變體中會(huì)顯著削弱syringolin A 介導(dǎo)的稻瘟病抗性（圖3）。以上這些研究結(jié)果共同表明了syringolin A通過OsNAC78-Pir7b調(diào)控模塊誘導(dǎo)水稻稻瘟病抗性。

圖4 非靶向代謝組學(xué)分析

綜上所述，本研究證實(shí)了非寄主病原菌分泌的syringolin A能夠誘導(dǎo)水稻中轉(zhuǎn)錄因子OsNAC78的表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)其下游靶標(biāo)防御相關(guān)基因Pir7b的轉(zhuǎn)錄水平，最終通過ROS途徑激發(fā)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(tǒng)的分子機(jī)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(dǎo)OsNAC78-Pir7b模塊激發(fā)稻瘟病抗性模型圖

福建省農(nóng)科院水稻所謝云杰博士和福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院碩士研究生賴鈺鈴為該論文的共同第一作者，福建省農(nóng)科院水稻所張建福研究員為該論文的通訊作者，福建省農(nóng)科院水稻所為該論文的第一單位。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。

論文鏈接：

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