水稻叶际泛菌通过免疫 priming 抑制稻瘟病与白叶枯病的生物防治新机制

《Environmental Microbiome》：Rice phyllospheric Pantoea spp. suppress blast and bacterial blight diseases

本研究针对水稻稻瘟病和白叶枯病防治中化学农药弊端及抗病品种培育周期长等问题，通过微生物组分析发现感病水稻茎秆中Pantoea spp.显著富集。研究人员分离获得Pantoea ananatis复合菌剂A25-11和P. dispersa菌株B10-A1，证实其可通过激活水杨酸(SA)信号通路诱导OsPR10/PBZ1基因表达和ROS积累，实现对稻瘟病和白叶枯病的协同防治，且具备IAA生产、溶磷、固氮等促生功能。田间试验证明其防治效果与三环唑相当，为微生物肥料研发提供了新资源。

　　

水稻作为全球半数人口的主粮作物，其生产安全始终面临严峻挑战。其中由真菌病原体稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病和由Xanthomonas oryzae pv. oryzae(Xoo)等细菌引起的白叶枯病，每年可造成10%-30%的产量损失。传统依赖化学农药和单一抗病基因的防治策略，不仅易引发环境污染和病原体抗药性，且抗病品种的选育周期长、持久性差。在这一背景下，挖掘植物自身微生物组的调控功能，开发生态友好的生物防治策略，成为水稻病害可持续治理的新突破口。

华南农业大学与中山大学联合研究团队在《Environmental Microbiome》发表的最新研究中，通过比较感病水稻品种CO39与抗病品种Y33R在稻瘟病圃中的微生物组差异，发现茎秆微生物群落结构存在显著特异性，其中Pantoea属细菌在感病植株中显著富集。这一现象提示病原菌侵染可能触发水稻"求救信号"，主动招募有益微生物增强抗病能力。

研究采用全长16S rRNA扩增子测序技术对根际土壤、根、茎、叶样本进行微生物组分析，结合传统分离培养从叶际样本中获得822株细菌菌株。通过多基因(16S rRNA、gyrB、leuS、rpoB)系统发育分析和平均核苷酸一致性(ANI)鉴定，最终筛选出3株P. ananatis(A25-F1/G1/H1)和1株P. dispersa(B10-A1)进行功能验证。关键实验技术包括：病原菌对峙培养、离体叶片接种、qPCR定量检测、活性氧(ROS)化学发光分析、植物激素IAA的LC-MS定量、田间防治效果评估等。

微生物组分析揭示感抗水稻茎秆菌群差异

通过Chao1和Shannon指数分析发现，抗病品种Y33R茎秆细菌多样性显著低于感病品种CO39。主坐标分析(PCoA)显示茎秆样本菌群结构分离明显(图1A-B)。LEfSe分析表明Pantoea属在CO39茎秆中特异性富集，其中P. ananatis和P. dispersa绝对丰度分别为376和149，而Y33R中后者未被检出(图1C)。这一发现为后续功能菌株筛选提供了方向。

Pantoea菌株展现双重生物防治潜能

盆栽试验表明，复合菌剂A25-11(三株P. ananatis组合)和单菌株B10-A1预处理可使感病水稻对稻瘟病的抗性等级从7-9级(感病)降至4-6级(中抗)。值得注意的是，经菌剂处理的土壤连续种植两季水稻后，第二季未接菌水稻仍保持抗病性，qPCR检测证实菌株在叶际成功定殖(图2A-B)。此外，这些菌株对已知致病菌P. ananatis SC7和Xoo Pxo99A引起的白叶枯病也具有显著抑制作用(图3)，且自身不表现致病性。

免疫priming机制解析

对峙培养实验排除了菌株直接抑制病原菌生长的可能性(图S2D-E)。研究发现菌株接种可诱发水稻叶片产生类似过敏性反应的病斑模拟(图4A)，同时显著激活抗病相关基因OsPR10和PBZ1的表达(图4B)，并诱导活性氧爆发(图4C-D)。通过水杨酸(SA)合成抑制剂AIP处理实验，证实菌株诱导的抗病性依赖SA信号通路，表现为OsPR10、PBZ1和NPR1基因表达受抑，且生物防治效果被削弱(图5)。

促生功能与田间验证

菌株表现出多重植物促生特性，包括分泌吲哚-3-乙酸(IAA)、溶磷、固氮和铁载体产生能力(图S3)。LC-MS定量显示A25-H1和B10-A1胞内外IAA产量显著(图6E)，并诱导扩展蛋白基因OsEXPA7/EXPB3/EXPB7表达。阳江白沙试验站田间试验证实，菌剂处理使叶瘟和穗瘟发病率显著降低，防治效果与化学药剂三环唑相当(图7)。

本研究通过微生物组导向的功能菌株筛选，成功获得兼具生物防治与促生功能的Pantoea菌株，揭示了其通过SA信号通路激活水稻系统抗性的新机制。研究首次报道P. dispersa在水稻病害防治中的应用，并通过比较基因组发现MCP II基因可能作为区分有益与致病性P. ananatis的分子标记。该成果为开发基于植物-微生物互作的绿色防控技术提供了理论依据和菌种资源，对推动水稻生产可持续发展具有重要意义。