南京农业大学研究生，南京农业大学研究生院
近日，南京农业大学植物保护学院生物农药及绿色植保团队在Plant Cell ＆ Enviroment在线发表了题为 “Plant growth‐promoting rhizobacterium Bacillus cereus AR156 induced systemic resistance against multiple pathogens by priming of camalexin synthesis”的研究论文，揭示了生防芽胞杆菌诱导植物产生广谱系统抗性抵御病害的机理。生防芽胞杆菌通过Priming 植物抗毒素亚麻荠素的合成诱导系统抗性抵御病原菌侵染。该研究为生防芽胞杆菌诱导抗性的机理研究提供了新思路。
植物抗毒素是植物在感知病原物入侵时产生的小分子次级代谢产物，其中亚麻荠素是模式植物拟南芥最主要的植物抗毒素之一。之前的研究表明，拟南芥在受到灰霉菌B. cinerea侵染时，转录因子WRKY33被激活，进而上调亚麻荠素合成相关基因包括CYP71A13和PAD3的表达来诱导亚麻荠素的合成。合成的亚麻荠素在转运蛋白PEN3和PDR12的作用下由细胞内转移到细胞外从而抵御灰霉菌B. cinerea （Zhou et al., 2020）。
蜡质芽胞杆菌Bacillus cereus AR156是本实验室前期从植物根围土壤中分离的一株植物根围促生细菌（PGPR），可高效防治多种病害。植物抗毒素对植物免疫至关重要。然而，有益微生物Priming 植物抗毒素以抵御广谱病原菌的机理仍然不清楚。因此，解析其中机理对生防芽胞杆菌的应用以及阐明有益微生物、寄主植物、病原菌的互作关系至关重要。
研究结果显示，蜡质芽胞杆菌B. cereus AR156可以诱导系统抗性抵御广谱病原菌。同时，AR156触发的ISR通过增加亚麻荠素合成相关基因的表达来促进亚麻荠素的积累。在cyp71a13和pad3突变体中，AR156诱导亚麻荠素的功能丧失。进一步研究表明，在wrky33突变体中，AR156诱导亚麻荠素积累的能力丧失，同时介导ISR抵御三种病原菌的能力受损。PEN3和PDR12，作为亚麻荠素的转运蛋白，以不同的形式参与AR156触发的亚麻荠素的积累抵御不同种病原菌。此外，我们还发现AR156触发亚麻荠素的合成也与SA和JA/ET信号通路相关，具体参与形式依据病原菌的不同而有所差异。
图1. Bacillus cereus AR156 通过Priming 植物抗毒素亚麻荠素的合成诱导系统抗性抵御病原菌侵染
南京农业大学植物保护学院博士研究生李子桀为论文的第一作者，蒋春号副教授为本论文的通讯作者，团队牛冬冬教授、郭坚华教授，学院郑颖实验师，淮阴师范学院罗玉明教授、杨威副教授也参与了研究工作。本研究得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划等项目的支持。
参考文献：
Zhou, J., Wang, X., He, Y., Sang, T., Wang, P., Dai, S. et al. (2020) Differential phosphorylation of the transcription factor WRKY33 by the protein kinases CPK5/CPK6 and MPK3/MPK6 cooperatively regulates camalexin biosynthesis in Arabidopsis. The Plant Cell, 32(8), 2621–2638.
Li, Z.‐J., Tang, S.‐Y., Gao, H.‐s., Ren, J.‐Y., Xu, P.‐L., Dong, W.‐P. et al. (2023) Plant growth‐ promoting rhizobacterium Bacillus cereus AR156 induced systemic resistance against multiple pathogens by priming of camalexin synthesis. Plant, Cell & Environment, 1–17. https://doi.org/10.1111/pce.14729.
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pce.14729
南京农业大学研究生(南京农业大学研究生院)
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