小麦防御途径的强烈诱导：Bacillus pumilus菌株JM79通过叶面和茎基接种激活苯丙烷代谢与系统抗性

本研究针对小麦重要病原菌Fusarium graminearum（Fg）引起的冠腐病（FCR），探究了Bacillus pumilus JM79通过分泌pumilacidin类表面活性素激活植物防御通路的机制。研究发现JM79能诱导小麦苯丙烷代谢（phenylpropanoid）和细胞壁强化相关基因的局部表达，并通过JA/ET和SA双通路触发系统抗性，填补了Fg侵染早期免疫应答缺失的关键空白，为开发新型生物防治剂提供了理论依据。

　　

小麦作为全球主要粮食作物，长期受到镰刀菌（Fusarium graminearum）的威胁，这种病原体不仅导致赤霉病（FHB），还会引发破坏性更强的冠腐病（FCR）和根腐病（FRR）。传统杀菌剂的大量使用带来环境与抗药性风险，而植物防御刺激剂（PDS）和根际促生菌（PGPR）等绿色防控手段的分子机制尚不明确。尤其令人担忧的是，Fg在侵染早期通过生物营养生长阶段主动抑制宿主免疫反应，而目前对这一时期宿主-病原体互作的认知仍存在空白。

针对这一科学难题，研究人员以从小麦根际分离的Bacillus pumilus JM79为研究对象，通过多组学技术揭示了其通过脂肽类物质激活小麦双防御通路的全新机制。研究发现，JM79能在小麦根际分泌结构特异的pumilacidin，其长碳链异构体（C₁₅-C₁₈）在植物体内的比例显著高于体外培养。这种"代谢重编程"现象与细菌生物膜形成能力和根表定殖效率密切相关。更关键的是，JM79能突破Fg在无症状期的免疫抑制，通过时空特异性激活防御基因表达，为小麦建立"双保险"防御体系。该成果发表于《Current Plant Biology》，为开发靶向作物免疫系统的生物防治策略提供了新思路。

研究采用四大关键技术：

1. 激光共聚焦显微技术结合gfp标记示踪JM79在小麦根叶的定殖动态
2. UHPLC-qTOF MS联用技术解析pumilacidin在体外（TSB/RE培养基）与体内（小麦根际）的异构体谱差异
3. 比较基因组学结合antiSMASH预测次级代谢产物合成基因簇
4. 29个防御相关基因的qRT-PCR分析（以Tubulin B、GAPDH和actin为内参）

【JM79的根际定殖与代谢特征】
通过构建携带pHAPII质粒的JM79-gfp菌株，发现该菌能在7天内形成10⁸ CFU/g根表的生物膜，并部分内侵（10³ CFU/g）。基因组分析揭示其特有的srfA操纵子含orfX/orfY基因，与典型surfactin产生菌存在差异。代谢组学检测到6种pumilacidin异构体（m/z 1008.6-1078.7），其中C₁₅-C₁₈在植物根际占比达94.65%，显著高于体外培养的65.2%-82.88%。

【叶面接种诱导局部防御】
喷施JM79三天后，小麦叶片出现选择性基因激活：苯丙烷途径的CHS（查尔酮合成酶）上调4 log₂倍，细胞壁强化基因CalS（胼胝质合成酶）和CAD（肉桂醇脱氢酶）显著表达。与MeJA处理相比，JM79不激活LOX2（脂氧合酶），但协同诱导乙烯通路基因EIN3和ACCS（ACC合成酶）。

【茎基接种触发系统抗性】
在FCR模型中，JM79预处理补偿了Fg对PAL（苯丙氨酸解氨酶）等关键基因的抑制。双接种9天后，EDS1（SA通路）与JAR1（JA通路）同步上调，WRKY转录因子和PR14（病程相关蛋白）表达量超过单接菌处理。MS/MS证实根际分泌的pumilacidin A（m/z 1050.7）和E（m/z 1064.7）具有完整生物活性。

这项研究首次阐明：

1. 植物根际环境促使JM79优先合成长链pumilacidin，该现象与生物膜形成正相关
2. Fg在生物营养阶段通过下调PAL等基因实施免疫逃逸，而JM79能逆转这种抑制
3. 同时激活SA和JA/ET通路可突破半活体营养型病原体的防御干扰

该发现为设计"免疫启动型"生物农药提供了分子靶点。通过优化JM79的施用方式（如种子包衣结合叶面喷雾），有望实现对小麦地上地下部位的双重保护。未来研究可进一步解析pumilacidin异构体与植物模式识别受体（PRRs）的互作机制，以及JM79在田间复杂微生物群落中的定殖竞争力。