综述:植物生物胁迫研究是否该转向多因子复合胁迫分析?

【字体: 时间:2025年07月21日 来源:Plant Stress 6.8

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  这篇前瞻性综述系统探讨了植物应对多重生物胁迫(biotic stress)的分子机制与生态策略,强调在气候变化背景下,传统单一胁迫研究(JA/SA信号通路等)已难以解释自然环境中复杂的激素串扰(hormonal cross-talk)、微生物组互作(holobiont)和挥发性有机物(VOCs)介导的多营养级关系,提出建立整合微生物组动态、胁迫时序和生态权衡的多因子研究框架对培育抗逆作物至关重要。

  

植物在自然环境中始终面临多重生物胁迫的复合挑战。最新研究表明,当植物同时遭遇病原体、昆虫和微生物组的多重攻击时,其转录组和代谢组响应往往表现出单一胁迫无法预测的独特模式。这种复杂性在气候变暖导致极端天气频发的背景下尤为突出——干旱引发的ABA信号会抑制茉莉酸(JA)和乙烯(ET)通路,而高温则改变微生物群落结构,共同重塑植物的防御策略。

胁迫时序与强度决定防御响应
植物对多重生物胁迫的响应存在精妙的时序效应。以拟南芥为例,当坏死性病原体灰霉菌(Botrytis cinerea)先于草食昆虫Eurydema oleracea侵染时,JA通路的预先激活能显著降低后续虫害损伤;反之若生物营养型病原体Golovinomyces orontii先行侵染,其诱导的水杨酸(SA)途径则对后续虫害无显著影响。这种"先手效应"在小麦系统中同样显著:白粉病菌(Blumeria graminis)预侵染通过激活SA通路抑制蚜虫(Sitobion avenae)种群,却意外促进镰刀菌(Fusarium graminearum)的毒素积累。马铃薯田间试验更揭示病原体间的拮抗现象——Alternaria solani的坏死性活动会干扰疫霉菌(Phytophthora infestans)的生物营养阶段发育。

微生物组的调控枢纽作用
植物-微生物组形成的holobiont体系正成为理解多重胁迫的关键。栎树(Quercus robur)实验显示,土壤微生物组的差异能显著改变白粉病与蚜虫复合胁迫的结局;而玉米茎腐病抗性品种可通过招募根部芽孢杆菌(Bacillus)至茎秆,激活次生代谢通路抵抗镰刀菌。有趣的是,某些昆虫肠道菌群(如Pseudomonas fulva)能降解宿主植物防御物质,这种跨物种代谢协作使得传统抗虫基因的田间效果大打折扣。微生物挥发性有机物(mVOCs)的调控更为精妙——拟南芥暴露于病原/非病原细菌的VOCs后,虽促进生长却增加对咀嚼式昆虫的易感性,揭示出生长-防御权衡的新维度。

化学通讯构建多营养级网络
挥发性有机物(VOCs)构成植物应对复合胁迫的"化学语言"。云杉树皮甲虫(Ips typographus)与其共生真菌的协作堪称典范:真菌将单萜烯转化为特定VOCs吸引甲虫,同时削弱树木防御;甘蔗中镰刀菌(Fusarium verticillioides)释放的VOCs能引导螟虫(Diatraea saccharalis)选择感染植株产卵,而带菌成虫却偏好健康植株,形成巧妙的病原传播策略。地下部的VOCs同样关键,其通过调控根际微生物组成间接影响植物对土传病害的抗性。

迈向多因子胁迫研究新范式
当前植物胁迫研究亟需突破二元交互的局限。作者提出整合生态调查、时序设计、多组学分析和田间验证的七步框架:从鉴定田间共生病原组合开始,通过控制微生物组背景减少变异,结合转录组和代谢组捕捉动态互作,最终在育种中实现抗性性状的聚合。这种系统级研究将揭示JA-SA-ET通路在真实环境中的交叉调控,解码微生物组功能冗余背后的防御逻辑,为应对气候变化的智能农业提供理论基石。

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