深色有隔内生真菌Periconia macrospinosa通过重编程小麦免疫反应促进幼苗生长并防控镰刀菌冠腐病的研究

《Physics of Life Reviews》：Dark septate endophyte Periconia macrospinosa enhances wheat seedling growth and mitigates Fusarium crown rot by reprogramming the host's immune responses

本研究针对小麦镰刀菌冠腐病(FCR)防治难题，首次系统评估了深色有隔内生真菌(DSE)Periconia macrospinosa PmSV01的生防潜力。研究发现该菌株不仅能通过产生挥发性有机化合物(VOCs)和次级代谢产物(SMs)直接抑制Fusarium graminearum Fg1菌丝生长(抑制率28%-85%)，还可通过上调光合活性(18%)、氮营养状态(18%)和防御性黄酮醇化合物(22%)等生理指标，使小麦幼苗根茎生物量增长10%-30%。转录组分析揭示其通过调控JA/SA信号通路和氧化/水分胁迫响应途径重编程宿主免疫机制，为开发新型微生物农药提供了理论依据。

　　

在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，小麦作为主要口粮作物其安全生产备受关注。然而镰刀菌冠腐病(Fusarium Crown Rot, FCR)的肆虐导致小麦大幅减产，传统化学农药不仅面临耐药性问题，更对生态环境构成威胁。这促使科学家将目光转向微生物防治领域，试图从自然界的微生物宝库中寻找解决方案。深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes, DSEs)作为一类广泛存在于植物根系的真菌群落，其与宿主的互作机制尚待深入探索。正是在此背景下，法国奥弗涅大学的研究团队在《Physics of Life Reviews》发表了开创性研究，首次揭示了Periconia macrospinosa PmSV01菌株如何通过多重机制赋能小麦抵抗FCR病害。

研究团队采用多学科交叉方法：通过扫描电镜(SEM)观察真菌定殖过程，利用对峙培养评估其抑菌活性（包括直接接触、VOCs和SMs三种方式），采用双通道叶绿素荧光仪(DUALEX?)测定生理指标，并运用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析防御相关基因表达。以高感病品种Recital为材料，在温室条件下系统评估了PmSV01的植物促生(PGP)和生防(BCA)效应。

3.1. 分子鉴定与形态特征

系统发育分析确认PmSV01属于Periconia属，其暗色分隔菌丝和微菌核结构符合DSE典型特征。扫描电镜显示该菌能定殖于根表皮及外周薄壁组织，形成共生关系而不引发病变。

3.2. 植物促生效应

接种PmSV01使小麦幼苗根长增加15%，分蘖数提升19%，叶绿素含量和氮平衡指数(NBI)分别显著提高18%。尽管萌发初期出现短暂生长抑制，但21天后生物量显著增长，表明其具备“先投入后回报”的共生策略。

3.3. 生防机制解析

对峙试验表明PmSV01通过产生非挥发性物质对Fg1菌丝抑制率达85%，挥发性物质抑制效果为28%。转录组分析发现病原菌单独侵染会诱发氧化爆发（NADPH氧化酶基因nox上调）并抑制抗氧化系统（SOD、CAT等基因下调），而PmSV01能逆转这种异常调控。更关键的是，该菌株通过激活茉莉酸(JA)信号通路（LOX、AOC等基因上调）并维持水通道蛋白(AQP)正常表达，重编程了宿主的防御网络。

研究结论表明，P. macrospinosa PmSV01通过“双重防护”机制发挥作用：一方面作为物理化学屏障直接抑制病原菌，另一方面通过免疫 priming 效应提升植株整体抗性。这种通过调控宿主 susceptibility genes 来增强抗病性的策略，为作物抗病育种提供了新思路。该研究不仅首次系统阐释了DSE真菌在小麦-Fusarium互作中的调控网络，更为开发基于微生物组装的绿色防控技术奠定了理论基础，对推动农业可持续发展具有重要实践价值。