PsnWRKY70基因通过调控叶际微生物组增强杨树对链格孢菌抗性的机制研究

本研究揭示了杨树转录因子PsnWRKY70通过上调香豆素类化合物（fraxin和scopolin）合成，特异性招募叶际有益菌群（如Methylobacterium和Achromobacter），增强微生物网络稳定性与复杂性，从而抵御链格孢菌（Alternaria alternata）侵染的分子机制，为林木抗病育种提供了新策略。

　　

研究背景

杨树（Populus simonii × P. nigra）作为我国北方重要经济树种，其叶枯病由链格孢菌（Alternaria alternata）引发，可导致叶片异常脱落甚至植株死亡。WRKY转录因子家族在植物免疫响应中发挥核心作用，但PsnWRKY70如何通过调控叶际微生物组（phyllosphere microbiome）抵御病原菌侵染的机制尚不明确。

实验设计与主要发现

PsnWRKY70表达特征

定量PCR分析显示，过表达（OE）株系中PsnWRKY70的表达量在病原菌侵染后显著上调，较野生型（WT）提高1.98-16.23倍，表明该基因响应病原胁迫的敏感性。

叶际微生物组重构

16S rRNA测序揭示：

1. 1.

   群落组成：OE株系接种病原菌后，变形菌门（Proteobacteria）相对丰度显著增加（P<0.01），而放线菌门（Actinobacteria）减少，其中Sphingomonas、Paracoccus等有益菌属富集。

2. 2.

   多样性：α多样性指数（Shannon/Simpson）显示OE株系微生物群落复杂度显著高于WT（P<0.001）。

3. 3.

   分子生态网络：OE株系网络具有更高模块性（modularity=0.531）和连接度，关键枢纽类群（如Methylobacterium）作为连接器（connector）维持网络稳定性。

代谢调控机制

广靶代谢组学检测到19种OE株系特异性积累的代谢物，其中香豆素类化合物fraxin（8-O-葡萄糖苷）和scopolin（7-O-葡萄糖苷）含量较WT提高2.1-3.8倍（P<0.01）。体外实验证实：

• •

  20-500 μM浓度范围内，fraxin显著促进拮抗菌株Methylobacterium platani和Achromobacter insuavis增殖（OD₆₀₀提升40%-65%）

• •

  scopolin对Flavobacterium glaciei（抑菌率57.6%）的生长具有浓度依赖性促进作用

功能验证

从叶际分离的567株细菌中筛选出6株高效拮抗菌：

1. 1.

   Flavobacterium glaciei MM675对A. alternata抑制率达57.64%

2. 2.

   网络分析显示这些菌株与香豆素含量呈显著正相关（Spearman r>0.62，P<0.05）

机制模型

PsnWRKY70通过以下途径增强抗病性：

1. 1.

   上调苯丙烷代谢途径关键酶基因（如F6'H1），促进fraxin/scopolin合成

2. 2.

   香豆素类化合物作为化学信号招募拮抗菌群

3. 3.

   构建具有高连通性的微生物防御网络，通过营养竞争和抗生素分泌抑制病原菌

研究意义

该研究首次阐明WRKY转录因子通过"代谢物-微生物组"轴调控杨树抗病性的分子机制，为利用植物内源性代谢程序化改造叶际微生物组提供了理论依据，对发展林木病害绿色防控技术具有重要价值。