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为探究微生物群衍生信号增强宿主抗性机制，研究人员开展相关研究，发现曲霉代谢物 2,4-DTBP 可抑制病原菌，M 基因介导策略或有应用潜力。
在植物的微观世界里，叶际微生物群就像一群守护植物健康的 “小卫士”，它们在维持植物健康、增强植物对疾病的抵抗力方面发挥着至关重要的作用。近年来，科学家们发现，植物在面对压力之前会主动塑造自己的微生物群落，当受到病原体感染时，还会有选择地招募有益微生物，从而构建起一层特殊的植物免疫防线。然而，尽管越来越多的证据表明代谢物在植物与微生物的相互作用中扮演着 “信使” 的角色，但微生物群衍生的信号究竟是如何促进宿主抗性的，其中的机制仍然如同迷雾，困扰着科研人员。
传统上，人们为了增强作物的免疫力，主要把目光聚焦在抗病（R）基因上。R 基因通常编码受体样蛋白，它们能像信号开关一样，感知特定病原体的效应物，进而启动强大的抗病反应。不过，这种基于 R 基因的防御策略存在一个弊端，那就是常常会出现生长与免疫之间的权衡，在增强植物抗病能力的同时，可能会影响植物的正常生长发育，导致作物产量受到影响 。
在这样的背景下，华中农业大学的研究人员开展了一项意义重大的研究，相关成果发表在《Crop Health》杂志上。该研究旨在揭开微生物群衍生信号促进宿主抗性的神秘面纱，探索更可持续的植物保护策略。研究人员发现，叶际相关真菌曲霉（Aspergillus）产生的一种小分子 2,4 - 二叔丁基苯酚（2,4-DTBP），能够增强水稻对真菌病原体立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）的抗性。此外，研究还涉及微生物组塑造（M）基因，这一基因在调控植物微生物群落方面具有重要作用，有望为实现植物广谱抗病且不影响作物产量提供新的思路，对农业可持续发展意义非凡。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。在微生物群落分析方面，通过对叶际微生物组进行测序，来探究微生物群落的组成和结构变化，从而寻找与植物抗病性相关的关键微生物；采用代谢组学和生物测定指导的方法，成功鉴定出具有抗菌活性的代谢物 2,4-DTBP；利用转录组分析技术，研究经 2,4-DTBP 处理的立枯丝核菌的基因表达变化，以揭示其作用机制。
曲霉与植物抗病性的关联研究
研究人员选取了三种对立枯丝核菌抗性不同的代表性水稻品种，对它们的叶片进行灭菌处理。结果发现，经过灭菌后，水稻原本具有的品种特异性抗性消失了，这一现象有力地证明了天然叶际微生物群在植物抗病过程中起着不可或缺的作用。为了找出其中的关键微生物，研究人员在未接种病原体的情况下，对叶际微生物组进行了测序分析。结果惊喜地发现，曲霉的丰度与水稻的抗性水平之间存在正相关关系，即曲霉的数量越多，水稻的抗病能力越强。基于此，研究人员推测曲霉产生的特定代谢物可能是其发挥保护作用的关键所在。随后的实验证实，曲霉 cvjetkovicii 产生的代谢物确实能够抑制立枯丝核菌的感染，这进一步支持了他们的推测。
关键代谢物的鉴定
研究人员采用代谢组学和生物测定指导的方法，经过一系列复杂而精细的实验操作，最终成功锁定了 2,4-DTBP 就是发挥抑制立枯丝核菌作用的活性代谢物。值得一提的是，2,4-DTBP 的抗菌效果并不仅限于水稻，在田间条件下，它对黄瓜、玉米、大豆和番茄等其他作物也能起到保护作用，这充分显示出它在农业生产中具有广阔的应用前景，有望成为一种广谱的植物保护 “利器”。
2,4-DTBP 的作用机制探究
研究人员对经 2,4-DTBP 处理的立枯丝核菌进行了转录组分析，结果发现立枯丝核菌中编码铵转运蛋白的 AMT1 基因表达显著下调。进一步研究发现，过表达 RsAMT1 基因会促进立枯丝核菌的菌丝生长、菌核形成以及致病性，这表明 AMT1 基因对立枯丝核菌的致病性起着正向调节作用。同时，研究还发现 2,4-DTBP 能够降低立枯丝核菌中活性氧（ROS）的积累。相反，用 H?O?处理立枯丝核菌以及另一种真菌病原体藤仓镰刀菌（Fusarium fujikuroi）时，AMT1 基因的表达会上调。综合这些结果可以推断，曲霉 cvjetkovicii 产生的 2,4-DTBP 通过降低 ROS 水平，抑制了 RsAMT1 基因的表达，从而减弱了立枯丝核菌的致病性。
M 基因的研究与展望
植物微生物组的组成和结构受到植物基因型、发育阶段以及养分吸收等多种因素的影响，而这背后的 “操控者” 就是微生物组塑造（M）基因。M 基因能够调控植物微生物群落，使植物适应不同的环境，进而影响植物的抗病等性状。然而，目前关于 M 基因参与微生物群落调控的具体机制以及相关的特定基因，科学界还知之甚少。与传统的 R 基因不同，M 基因通过调节微生物组来提供直接的病原体抗性，有望避免 R 基因带来的生长 - 免疫权衡问题，为实现作物广谱抗病且不影响产量提供了新的可能。研究人员认为，未来的作物育种计划可以将 M 基因介导的微生物组塑造和 R 基因介导的抗性相结合，充分发挥两者的优势。
这项研究通过整合遗传和化学分析方法，揭示了叶际微生物群的新功能，为利用微生物分子实现可持续植物保护策略开辟了新的道路。但目前对于微生物群衍生分子在分子水平上如何影响植物与微生物的相互作用，我们的了解还十分有限。鉴于不同环境中微生物群的多样性极高，未来的研究应重点关注 M 基因是如何调控各种微生物群落的，以及这些调控变化是如何转化为植物的广谱抗性或针对特定物种 / 品种的抗性的。此外，研究还发现曲霉发挥有益功能并不依赖于 M 基因，这意味着曲霉可以广泛应用于各种作物的病害防治，无论这些作物是否含有 M 基因，这无疑为农业生产中的病害管理提供了更广阔的应用前景。
