非宿主植物银胶菊(Parthenium hysterophorus)诱导的侵染后防御机制阻断菜豆壳球孢菌(Macrophomina phaseolina)皮层定殖并赋予抗干腐病特性

【编辑推荐】针对鹰嘴豆干腐病(DRR)缺乏持久抗性的难题，研究人员通过82种非宿主筛选发现银胶菊(P. hysterophorus)对病原菌M. phaseolina具有独特非宿主抗性(NHR)。结合双RNA测序技术揭示该抗性涉及细胞壁合成、激素信号和次生代谢通路激活，为作物抗病育种提供新思路。

　　

鹰嘴豆干腐病(DRR)是由广谱性坏死营养型真菌菜豆壳球孢菌(Macrophomina phaseolina)引起的毁灭性病害，在干旱条件下尤为严重。现有鹰嘴豆种质资源缺乏持久抗性，甚至中度抗性品种在联合胁迫下也会丧失抗病性。这一困境促使科学家将目光转向非宿主抗性(Nonhost Resistance, NHR)——某些植物对特定病原菌表现出的广谱、持久抗性现象。

为探索NHR机制，研究人员通过滤纸培养法和体视显微镜观察，从82种潜在非宿主中筛选出菊科杂草银胶菊(Parthenium hysterophorus)作为模式植物。研究发现该植物能完全阻断病原菌的皮层定殖：在鹰嘴豆中可侵染6层皮层细胞，而在银胶菊中真菌载量仅为0.007 ng/ng总DNA（鹰嘴豆为0.195 ng/ng）。更关键的是，这种抗性在干旱等联合胁迫下依然保持稳定。

研究采用双RNA测序技术揭示分子互作机制。数据显示，M. phaseolina在侵染过程中激活了异生物质降解通路相关基因，表明其仍试图突破非宿主防御。而银胶菊则表现出活跃的防御响应：在接种后2天和4天分别检测到1958和2294个差异表达基因，其中363个基因持续上调。这些基因主要富集于细胞壁合成、植物激素信号转导等通路。特别值得注意的是，苯丙烷生物合成通路中部分基因的上调，可能与真菌在非宿主侵染过程中的形态改变相关。

关键技术包括：非宿主筛选采用的滤纸培养法(blotter paper assay)、真菌载量qPCR定量、皮层定殖的体视显微镜观察(stereomicroscopic observations)，以及揭示分子互作机制的双RNA测序(dual RNA sequencing)。

主要研究结果：

1. 非宿主筛选：通过82种植物系统筛选，确立银胶菊对M. phaseolina的完全抗性

2. 抗性表型分析：银胶菊阻止表皮坏死斑形成，真菌载量仅为感病宿主的3.6%

3. 组织学证据：病原菌无法定殖银胶菊根部皮层，而在鹰嘴豆中可穿透6层细胞

4. 胁迫稳定性：NHR在干旱等联合胁迫下保持稳定

5. 分子机制：

   • 病原菌激活异生物质降解通路

   • 银胶菊上调细胞壁合成、水杨酸/茉莉酸信号通路基因

   • 苯丙烷代谢物可能改变真菌侵染策略

这项发表在《Environmental and Experimental Botany》的研究首次阐明银胶菊通过"侵染后防御"机制实现NHR：即在允许真菌初始侵入后，通过多层防御网络阻断其进一步扩展。该发现为理解植物-病原互作提供了新视角，特别是揭示了次生代谢物在NHR中的特殊作用。研究中鉴定的关键通路基因（如PAL、C4H等苯丙烷代谢酶）可作为作物抗病育种的候选靶点，为解决鹰嘴豆DRR这一全球性农业难题提供了理论依据。