Bacillus velezensis 83 通过触发依赖 Jasmonate（JA）和 Salicylic Acid（SA）的系统性抗性反应，保护拟南芥（Arabidopsis thaliana）免受灰葡萄孢（Botrytis cinerea）的侵害

《Pest Management Science》：Bacillus velezensis 83 protects Arabidopsis thaliana against Botrytis cinerea by triggering JA-, and SA-dependent induced systemic resistance

植物促生长细菌Bv83通过积累乙酰肌醇激活茉莉酸（JA）和水杨酸（SA）信号通路诱导拟南芥系统性抗病性，减少白粉病（Botrytis cinerea）侵染。研究采用可控的离体水培系统，发现Bv83诱导的ISR依赖于JA、SA和乙烯（ET）共同作用，且外源乙酰肌醇需通过植物内源性信号通路发挥作用。

　　现代农业正面临着一个严峻的挑战，即在满足不断增长的人口对食物需求的同时，实现可持续发展。植物不仅是人类直接食用的来源，也是动物饲料的重要组成部分，因此确保植物产品的质量和产量是农业生产中的核心问题之一。然而，作物常常受到多种非生物和生物胁迫的影响，这些胁迫严重制约了农业生产效率。为了应对生物胁迫，植物依赖于局部和系统性的防御机制。在病原体入侵的局部组织中，植物通过识别微生物或病原体相关的分子模式（MAMPs或PAMPs）来启动免疫反应。当这些模式被细胞膜上的模式识别受体（PRRs）识别后，会触发一种称为模式触发免疫（PTI）的防御机制。随后，植物可能激活两种系统性防御反应：系统获得性抗性（SAR）和诱导系统性抗性（ISR）。SAR通常由叶部与病原体的相互作用诱导，而ISR则由根部与有益微生物的相互作用触发。尽管这两种系统性反应的诱导机制有所不同，但它们都依赖于植物体内由水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯（ET）等植物激素诱导的信号通路。

全球每年约有13亿吨食物被浪费，其中约25%至50%的损失发生在收获后，主要原因是处理和储存条件不佳，以及微生物病害，尤其是由真菌病原体引起的病害。令人惊讶的是，如果能够有效控制这些真菌病原体，每年可以为超过6亿人提供额外的粮食。目前，农业生产中普遍使用合成杀菌剂来控制包括*Alternaria*、*Aspergillus*、*Botrytis*、*Fusarium*、*Geotrichum*、*Gloeosporium*、*Penicillium*、*Mucor*和*Rhizopus*等有害真菌的感染。然而，这些化学农药的过度使用带来了诸多负面后果，如对生态环境和人类健康的损害，以及病原体抗药性的增强，这促使全球范围内加强了对这些化学物质的监管，并推动了对环保替代方案，如生物刺激剂和生物控制剂（BCAs）的研究。

生物刺激剂通常指微生物及其代谢产物，它们能够促进植物生长并增强其对非生物和生物胁迫的耐受性。这类生物刺激剂包括微生物接种剂、腐植酸、富里酸、蛋白质水解物、氨基酸以及海藻提取物等。现代农业已逐渐增加对微生物接种剂的应用，尤其是植物生长促进根际细菌（PGPR）和生物控制剂（BCAs）。其中，*Bacillus*属的菌株因其在促进植物生长和抗逆性方面的显著作用，成为BCAs和PGPR中最为广泛应用的一类。例如，*Bacillus amyloliquefaciens*、*Bacillus siamensis*和*Bacillus velezensis*等菌株已被证明能够通过竞争病原体的生存空间和营养，或通过触发ISR等机制，来增强植物的抗病能力。此外，这些菌株还通过植物激素（如生长素）、酶（如ACC脱氨酶）或挥发性有机化合物（VOCs）如丙酮醇（acetoin）等，发挥其生物刺激功能。

然而，尽管* Bacillus*属的生物刺激作用已被广泛研究，其在植物体内的具体分子机制仍不完全清楚。因此，开发能够系统分析其作用机制的方法显得尤为重要。本研究通过构建一种* in vitro*的水培系统，探讨了*Bacillus velezensis* 83（简称*Bv83*）如何通过触发ISR来保护植物免受*Botrytis cinerea*的侵害。该系统允许根系在液体培养基中生长，同时避免与细菌直接接触，从而可以单独研究细菌与植物之间的代谢物交换及其对植物防御机制的影响。通过这种方法，研究人员发现*Bv83*能够显著减少*Botrytis cinerea*感染的发生率，并且这种保护作用是通过丙酮醇的积累以及由茉莉酸和水杨酸介导的防御反应实现的。

此外，研究还发现，丙酮醇的生物合成受到水杨酸信号通路的调控。在水杨酸功能受损的突变体中，丙酮醇的合成明显减少，这表明水杨酸在*Bv83*触发的防御反应中扮演了关键角色。这一发现不仅有助于深入理解*Bv83*的生物刺激机制，也为未来改进其应用效果提供了理论依据。通过该水培系统，研究人员能够测量植物和细菌释放的代谢物，并分析这些物质如何影响植物对病原体的反应。此外，该系统还能用于研究细菌释放的挥发性有机化合物（如丙酮醇和2,3-丁二醇）是否对ISR有直接促进作用。

在本研究中，研究人员进一步验证了丙酮醇对植物防御机制的影响。通过将丙酮醇单独或与细菌混合应用于水培系统，他们发现丙酮醇能够诱导植物对*Botrytis cinerea*的系统性抗性。然而，这种保护作用仍然依赖于植物的水杨酸、茉莉酸和乙烯信号通路。这一结果与之前的研究存在一定的矛盾，因为有报道指出，某些挥发性有机化合物如丙酮醇和2,3-丁二醇可以独立于这些信号通路而触发ISR。因此，本研究的结果提示，丙酮醇的生物合成可能受到植物信号调控，而其作用机制可能涉及复杂的信号网络。

在分析*Bv83*对植物基因表达的影响时，研究人员发现，该菌株能够显著激活与茉莉酸、乙烯和水杨酸信号通路相关的基因。例如，在*Arabidopsis thaliana*中，茉莉酸诱导的基因*AOS*和*ACS6*在细菌处理后表现出显著的转录激活，而水杨酸诱导的基因*NPR1*则在感染早期表现出一定程度的抑制，但在感染后期表现出与茉莉酸和乙烯相关的基因相似的表达模式。这些结果表明，*Bv83*触发的ISR可能涉及多种植物激素信号通路的协同作用，而水杨酸在其中可能起到了桥梁作用，连接了细菌代谢产物与植物防御机制之间的关系。

本研究还发现，丙酮醇的生物合成受到水杨酸信号通路的调控，但其作用机制可能并不完全依赖于水杨酸。在* npr1-1*突变体中，尽管水杨酸浓度未改变，丙酮醇的合成却显著减少，这表明NPR1可能通过某种水杨酸以外的机制调控丙酮醇的生成。同时，研究发现，外源水杨酸的应用并不能显著改变丙酮醇的合成水平，这提示可能存在某种复杂的调控网络，涉及水杨酸与其他信号通路之间的交互作用。进一步研究这些突变体的代谢物谱和根系分泌物的组成，可能有助于揭示丙酮醇合成与植物防御信号之间的具体联系。

在实际应用方面，* in vitro*水培系统为研究生物控制剂的作用机制提供了一个可控的实验平台。该系统不仅能够避免土壤成分对实验结果的干扰，还便于对植物组织进行操作，从而更有效地分析植物与微生物之间的相互作用。通过这种系统，研究人员可以精确控制环境条件，包括细菌与植物的接触方式、病原体的感染时间以及代谢物的浓度等。此外，该系统还能够模拟多种无土农业环境，使实验结果更贴近实际农业生产需求。这不仅提高了实验的可重复性和可扩展性，还为筛选和优化生物控制剂提供了强有力的支持。

本研究的成果表明，*Bacillus velezensis* 83通过触发ISR，显著增强了植物对*Botrytis cinerea*的防御能力。这种防御机制不仅依赖于丙酮醇的积累，还与水杨酸、茉莉酸和乙烯等植物激素信号通路密切相关。丙酮醇的生物合成受到水杨酸信号的调控，但其作用可能并不完全依赖于水杨酸，而是通过与其他信号通路的交互来实现。这一发现为理解*Bv83*的生物刺激作用提供了新的视角，并为未来开发更高效的生物控制剂奠定了理论基础。此外，本研究还强调了水培系统在解析生物控制剂分子机制中的重要性，这种系统能够有效分离细菌与植物之间的相互作用，从而更清晰地揭示其作用机理。

总体而言，这项研究不仅揭示了*Bv83*如何通过触发ISR来增强植物对真菌病原体的抗性，还阐明了丙酮醇和植物激素信号通路在这一过程中的关键作用。研究结果表明，*Bv83*的生物刺激作用是一个复杂的多因素过程，涉及细菌代谢产物的合成、植物信号通路的激活以及两者之间的相互作用。这些发现为未来开发更安全、有效的生物控制剂提供了重要的理论支持，并为提高农业生产中生物刺激剂的应用效率提供了新的思路。同时，该研究还强调了在农业实践中采用水培系统进行生物控制研究的必要性，这种系统能够提供更精确的实验条件，有助于更深入地解析生物控制剂的作用机制。