《Piel》：Protein elicitor AMEP412 suppressed rice blast caused by
Magnaporthe oryzae through triggering plant immunity
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稻瘟病是威胁水稻生产的主要病害，传统防控手段面临病原菌高致病性和突变性挑战。本研究发现枯草芽孢杆菌分泌的蛋白 elicitor AMEP412预处理水稻幼苗后，显著降低稻瘟病菌感染导致的病斑面积（减少76.70%），并通过ROS爆发、抗氧化酶（SOD、CAT、POD）活性增强及相关基因上调验证了早期防御反应。转录组分析揭示AMEP412激活了苯丙烷类生物合成、抗坏血酸代谢等防御通路，并在6小时后通过植物激素信号、MAPK通路等增强系统抗性，为稻瘟病生物防治提供了新策略。
秦雅芝|郭美君|杨俊彦|郑佳艺|王全|刘全
中国黑龙江省八一农业大学生命科学与生物技术学院，寒区环境微生物学与农业废弃物循环利用重点实验室，大庆，163319
摘要
AMEP412 是由枯草芽孢杆菌分泌的一种蛋白诱导剂，具有触发植物免疫的能力。在本研究中，我们评估了AMEP412如何诱导水稻幼苗对稻瘟菌引起的稻瘟病的抗性。首先，病原菌接种实验证实，预先处理AMEP412显著减少了水稻叶片上的病斑面积。随后，分别分析了水稻幼苗对蛋白诱导剂和病原菌感染的内部反应。在处理后12小时（hpt），水稻叶片成功引发了早期防御反应，包括活性氧的明显积累以及抗氧化酶（超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶）活性的增加。实时定量聚合酶链反应分析也验证了抗氧化相关基因的上调。在稻瘟菌感染后，预先处理过AMEP412的水稻叶片表现出比对照组更快更强的防御反应。感染后6小时（hpi），一系列早期防御反应途径被激活，包括苯丙素生物合成、抗坏血酸和醛酸代谢以及角质质、木栓质和蜡的生物合成。感染后12小时（hpi），下游防御反应途径开始占主导地位，如植物激素信号转导、丝裂原活化蛋白激酶信号传导和植物-病原体相互作用。进一步通过RT-qPCR验证这些途径中的关键基因表明，植物免疫系统被成功激活。我们证实AMEP412能够快速有效地触发水稻免疫系统，从而减轻稻瘟菌感染叶片的病害症状，为稻瘟病的生物防治提供了新的选择。
引言
由稻瘟菌引起的稻瘟病对水稻生产构成了严重威胁。这种毁灭性病害影响水稻植株的地上部分，在不同生长阶段都会导致产量损失，通常在10%到30%之间[[1], [2], [3]]。目前，控制稻瘟病的主要方法包括培育抗病品种和施用化学杀菌剂[4]。然而，稻瘟菌的高致病性和显著的突变潜力不断挑战这些传统策略，凸显了开发更高效和可持续控制措施的迫切需求[5]。
通过与病原体的长期相互作用，植物进化出了一种先天免疫系统作为主要防御机制。从感染部位发出的系统信号会触发整个植物对病原体的强化防御反应[6]。因此，许多学者专注于激活植物免疫系统并增强植物抗性，这对于植物病害的绿色控制非常重要[[7], [8], [9]]。微生物分泌的蛋白诱导剂在激活宿主植物的防御反应中起着关键作用[10,11]。已经鉴定出几种可以诱导植物对稻瘟病防御反应的蛋白诱导剂。从稻瘟菌中分离出的蛋白诱导剂，如MoVcpo、MoHrip1和MoHrip2，可以增加水稻对稻瘟病的抗性[[12], [13], [14]]。来自枯草芽孢杆菌（Fengycin和Iturin）[15]和假单胞菌[16]的环状脂肽通过触发系统抗性来抑制稻瘟病。因此，具有诱导植物免疫能力的蛋白诱导剂可能是控制稻瘟菌引起的稻瘟病的候选物质。
在之前的研究中，我们从枯草芽孢杆菌中鉴定出一种新的蛋白诱导剂AMEP412，它可以触发烟草对Pst DC3000的超敏反应（HR）和抗病性[17]。在本研究中，我们评估了AMEP412诱导的水稻幼苗对稻瘟菌的抗性。通过预先处理AMEP412，确定了早期防御反应，包括活性氧（ROS）、防御酶和基因的变化。在稻瘟菌接种后，利用转录组分析和实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）揭示了潜在的信号通路和抗性相关基因。本研究旨在确认AMEP412触发植物对稻瘟菌免疫的能力，并为稻瘟病的生物防治提供新的选择。
实验部分
微生物菌株和水稻品种
稻瘟菌菌株RO1-1 [18] 在燕麦培养基（30.0克燕麦、10.0克琼脂、1升）上生长。枯草芽孢杆菌菌株BU412（存档于中国典型培养物中心（CCTCC M2016142））在酵母麦芽提取物（YME）培养基中生长以生产AMEP412 [19]。Oryza sativa cv. Nipponbare（NPB），一种标准日本品种，用于致病性测定。水稻幼苗在温室中培养，光照周期为12小时，温度为AMEP412预处理减少了病害症状
为了确认AMEP412对水稻幼苗对抗稻瘟菌的保护效果，进行了病原菌接种实验。如图1B所示，预先处理AMEP412显著减少了稻瘟菌引起的病斑面积。与对照组相比，病斑面积减少了76.70%（图1C），表明其具有明显的抑制作用。由于AMEP412与稻瘟菌之间没有直接接触，AMEP412提供的保护可以归因于其诱导作用
讨论
在本研究中，我们探讨了枯草芽孢杆菌来源的蛋白诱导剂AMEP412通过触发植物免疫来控制稻瘟菌的潜力。AMEP412在水稻幼苗中引发了早期防御反应。此外，在稻瘟菌感染后，经过AMEP412预处理的水稻幼苗通过植物免疫相关信号通路表现出快速而强烈的反应，从而减轻了病害症状。作为一种有益的菌株，枯草芽孢杆菌已被用于
结论
在本研究中，我们证明了蛋白诱导剂AMEP412可以通过触发水稻幼苗的免疫反应有效抑制稻瘟菌引起的稻瘟病。AMEP412处理能够有效诱导早期防御反应，包括活性氧的释放、抗氧化酶的激活和过氧化物酶基因的上调。在接触稻瘟菌后，经过AMEP412预处理的水稻幼苗更有效地启动了信号通路，如与植物激素相关的通路
CRediT作者贡献声明
秦雅芝：撰写——初稿、可视化、验证、研究、数据分析、数据管理。郭美君：验证、研究、数据管理。杨俊彦：撰写——初稿、可视化、验证、研究、数据分析。郑佳艺：验证、研究、数据管理。王全：监督、资源提供、方法论设计、概念构思。刘全：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供、方法论设计、概念构思。
资助
本工作得到了中国农业科学院创新计划[资助编号CAAS-CSIAF-202303]、黑龙江省高校基础研究青年人才计划[资助编号YQJH2024172]以及黑龙江省高校学科协同创新建设项目[资助编号LJGXCG2022-110]的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢审稿人的评论和建议，这些帮助我们改进了本文。
