近日，湖南省農(nóng)科院牽頭，聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、英國南安普頓大學(xué)等單位，在《自然—通訊》在線發(fā)表研究成果稱，發(fā)現(xiàn)水稻木質(zhì)素前體4-HCA 定向原位募集有益的葉際微生物、抑制有害的病原微生物，從而維持水稻葉際“健康態(tài)”。該研究定位并克隆了1個控制葉際微生物穩(wěn)態(tài)的 M 基因OsPAL02， 率先從分子水平解答了植物葉際微生物群落組裝與植物遺傳、代謝調(diào)控的關(guān)系，為基于植物微生物組建立植物病害新防控新策略提供了理論支撐。
陸地生態(tài)系統(tǒng)中，植物葉片為微生物群落提供了最大的生物棲息地，各種有益微生物和潛在病原微生物均共存于植物葉際，相對穩(wěn)定的葉際微生物群落結(jié)構(gòu)對維持宿主植物健康生長至關(guān)重要，對維持農(nóng)作物的抗病性也至關(guān)重要。雖然宿主植物驅(qū)動葉際微生物組裝的現(xiàn)象廣泛存在，但目前對其機(jī)制仍然未知。
該研究中，通過對數(shù)據(jù)深度挖掘，定性了水稻葉際細(xì)菌種類近7000個，同時定量了各個種在110個水稻葉際的豐度值；進(jìn)而通過開發(fā)生物信息學(xué)分析方法，對近7000個葉際微生物富集豐度值與110個水稻品種的單核苷酸多態(tài)性標(biāo)記進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，共鑒定到2667 個單核苷酸多態(tài)性與496種葉際微生物豐度存在關(guān)聯(lián)，這些單核苷酸多態(tài)性在水稻染色體上富集成235個位點(diǎn)。
分析發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素合成通路中多個基因分別與Pseudomonadales, Burkholderiales, Xanthomonadales目中細(xì)菌物種的豐度緊密關(guān)聯(lián)。其中，位于水稻4號染色體的 OsPAL02基因是控制4-HCA的關(guān)鍵基因，4-HCA與葉際Pseudomonadales目物種的豐度呈顯著正相關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)，4-HCA對 Pseudomonas 屬有益細(xì)菌具有特異性募集功能，同時可持續(xù)抑制水稻葉際致病性細(xì)菌群體 Xanthomonas 屬，進(jìn)而有效遏制白葉枯病的發(fā)生。
基于該研究結(jié)果，作者們在文中提出微生物組塑造基因（M 基因)的新概念。M基因的進(jìn)一步開發(fā)和利用有望實(shí)現(xiàn)抗病育種與有益微生物群體控害兩大領(lǐng)域有機(jī)統(tǒng)一，培育更為廣譜持久抗病農(nóng)作物新品種。
該研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃以及國家自然科學(xué)基金國際合作項(xiàng)目等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44335-3
