蘑菇渣纳米纤维复合物通过纤维素组分系统诱导植物抗病性的机制研究

为解决农业废弃物蘑菇渣(SMS)的可持续利用问题，日本研究人员开发了甲壳素/纤维素纳米纤维复合物(CCNFC)制备技术。研究发现CCNFC通过纤维素纳米纤维(NF)主导诱导系统抗性(SAR)，而局部免疫反应需甲壳素协同作用，颠覆了传统认为甲壳素是主要活性成分的认知，为农业废弃物高值化利用提供新思路。

　　

【研究背景】
每年全球蘑菇产业产生超过1亿吨废弃培养料(SMS)，这些富含甲壳素和纤维素的农业废弃物大多被焚烧处理，既污染环境又浪费资源。甲壳素纳米纤维(NF)已被证实能诱导植物抗病性，但作为SMS主要成分的纤维素NF是否具有类似功能尚不明确。日本农业食品产业技术综合研究机构等团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，首次揭示SMS衍生的甲壳素/纤维素纳米纤维复合物(CCNFC)中，纤维素NF才是系统抗病性的关键诱导因子。

【关键技术】
研究采用化学预处理结合纳米纤丝化技术制备CCNFC，通过拟南芥cerk1-2突变体和水稻OsCEBiP/OsCERK1突变体验证免疫通路，利用ROS检测、病原菌接种试验和RNA-seq转录组分析，比较CCNFC与纯纤维素NF、甲壳素NF的处理效果。

【研究结果】

1. CCNFC在LysM型PRR突变体中仍能诱导免疫
   在拟南芥AtCERK1和水稻OsCEBiP/OsCERK1突变体中，CCNFC仍能引发ROS爆发和系统抗性，表明其作用不依赖经典甲壳素感知通路。

2. 转录组揭示纤维素NF的关键作用
   RNA-seq显示CCNFC与纤维素NF处理的拟南芥系统转录响应高度相似，而甲壳素NF引发截然不同的基因表达谱，提示纤维素NF主导系统抗性。

3. 功能验证实验
   纯纤维素NF可诱导系统抗病性但无局部免疫反应，证实CCNFC的局部免疫需要甲壳素等协同组分，而系统抗性主要源于纤维素NF。

【结论与意义】
该研究突破性发现仅占CCNFC 2.6%的甲壳素并非抗病性主要贡献者，纤维素NF才是系统抗性(SAR)的核心诱导因子。这一结论不仅修正了学界对蘑菇渣生物活性的认知，更为开发基于纤维素NF的绿色农药和农业废弃物增值技术提供理论依据。研究还揭示CCNFC局部免疫需要未知协同组分，为后续探索新型植物免疫激活剂指明方向。