蔬菜花卉所病害课题组揭示抗病基因通过调控根际微生物组抑制病原微生物的新机制

      近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所（以下简称蔬菜所）病害课题组在国际著名期刊Microbiome (IF=13.8，微生物学科1区top5%) 在线发表了题为“Deciphering the role of rhizosphere microbiota in modulating disease resistance in cabbage varieties” 的研究论文。该研究首次揭示了抗病基因（R基因）可重塑植物根际微生物群落，并通过招募有益微生物作为核心微生物种群，构建更加稳定和复杂的微生物网络结构，从而提高植物抗病性的新机制。该研究为建立植物病害防控新策略提供了新的理论支撑。

      近年来，多项研究发现植物可通过M基因（microbiome-shape）调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关键基因。但R基因是否可以作为M基因来重塑微生物群落，进而抑制病害的发生，一直未见有相关的报道。

      甘蓝枯萎病（CFW）是一种严重危害甘蓝生产的土传病害，甘蓝抗病品种对CFW的抗性是由1个NBS类的R基因（FOC1）所决定。前期，蔬菜所甘蓝课题组将FOC1基因导入到中甘21（ZG, 高感CFW），培育出新中甘21（YR, 高抗CFW）。ZG和YR的遗传背景高度相似，对CFW的抗性差异仅由1个R基因决定，因此是研究R基因与根系微生物群落关系的优良材料。本研究首先通过微生物组群落分析，鉴定了ZG和YR根系微生物群落组成的差异，发现抗病品种根系微生物物种的组成更加丰富，并形成了更复杂、稳定的微生物网络结构。进一步研究表明，R基因重塑了根际微生物群落，并通过招募有益微生物，形成了以有益微生物为核心种群的高度稳定网络，从而更好的抵御病原菌的侵染。在此基础上，通过整合微生物组，培养组、基因组等组学数据，分离鉴定了抗病品种根际微生物网络中的核心微生组种群中的关键物种 (hub taxa) Pseudomonas brassicacearum NA13。体外平板抑制和体内盆栽接种NA13实验证明了该菌株可以通过直接抑制CFW和诱导植物抗性的方式达到对CFW的抑制作用。对生防菌NA13的生防机理分析表明，NA13可通过调控乙烯，茉莉酸，水杨酸等植物激素途径中关键基因的表达，提高植物对病原菌的抗性。进一步实验表明，NA13还可显著提高作物对其他土传病害，如根肿病，青枯病等的抗病性，在生防应用中有着巨大的潜力。

图1 核心微生物群落NA13对枯萎病的抑制作用

      该研究发掘了植物R基因除了传统的抗病功能外，还可通过重塑作物根际微生物群落，提高作物抗病性的新角色。这项工作为实现抗病育种与微生物群落防控两大领域有机统一提供了理论支持，同时为联合抗性品种挖掘和合成微生物组学（Syncom）,开发新型生防菌剂提供了新的思路。

      蔬菜所已毕业硕士研究生平星星（现为南开大学在读博士）为论文的第一作者；平星星的硕士导师凌键研究员，以及谢丙炎研究员、茆振川研究员为论文的通讯作者，蔬菜所为通讯单位。蔬菜所甘蓝组吕红豪研究员为本研究提供了重要的支持。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFD1401200），蔬菜生物育种全国重点实验室，国家自然基金（31571962）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-024-01883-0。