近日，湖南省農科院牽頭，聯合中國農業科學院植物保護研究所、英國南安普頓大學等單位，在《自然—通訊》在線發表研究成果稱，發現水稻木質素前體4-HCA 定向原位募集有益的葉際微生物、抑制有害的病原微生物，從而維持水稻葉際“健康態”。該研究定位并克隆了1個控制葉際微生物穩態的 M 基因OsPAL02， 率先從分子水平解答了植物葉際微生物群落組裝與植物遺傳、代謝調控的關系，為基于植物微生物組建立植物病害新防控新策略提供了理論支撐。
陸地生態系統中，植物葉片為微生物群落提供了最大的生物棲息地，各種有益微生物和潛在病原微生物均共存于植物葉際，相對穩定的葉際微生物群落結構對維持宿主植物健康生長至關重要，對維持農作物的抗病性也至關重要。雖然宿主植物驅動葉際微生物組裝的現象廣泛存在，但目前對其機制仍然未知。
該研究中，通過對數據深度挖掘，定性了水稻葉際細菌種類近7000個，同時定量了各個種在110個水稻葉際的豐度值；進而通過開發生物信息學分析方法，對近7000個葉際微生物富集豐度值與110個水稻品種的單核苷酸多態性標記進行全基因組關聯分析，共鑒定到2667 個單核苷酸多態性與496種葉際微生物豐度存在關聯，這些單核苷酸多態性在水稻染色體上富集成235個位點。
分析發現，木質素合成通路中多個基因分別與Pseudomonadales, Burkholderiales, Xanthomonadales目中細菌物種的豐度緊密關聯。其中，位于水稻4號染色體的 OsPAL02基因是控制4-HCA的關鍵基因，4-HCA與葉際Pseudomonadales目物種的豐度呈顯著正相關。分析發現，4-HCA對 Pseudomonas 屬有益細菌具有特異性募集功能，同時可持續抑制水稻葉際致病性細菌群體 Xanthomonas 屬，進而有效遏制白葉枯病的發生。
基于該研究結果，作者們在文中提出微生物組塑造基因（M 基因)的新概念。M基因的進一步開發和利用有望實現抗病育種與有益微生物群體控害兩大領域有機統一，培育更為廣譜持久抗病農作物新品種。
該研究受到國家重點研發計劃以及國家自然科學基金國際合作項目等項目的聯合資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44335-3
