生物育种安徽省实验室李晓玉教授团队揭示ZmHPATR1基因调控鞘氨醇单胞菌增强玉米弯孢叶斑病抗性:基于植物微生物组的抗病育种新路径
揭示植物基因-代谢物-微生物-病原菌四级调控网络,为抗病育种提供新路径,但发布已超两周,时效性低。
2026年8月3日,生物育种安徽省实验室双聘人员、安徽农业大学李晓玉教授团队在《New Phytologist》在线发表题为ZmHPATR1 orchestrates phyllosphere organic acid flux to recruit Sphingomonas and enhance resistance of maize to Curvularia leaf spot的研究论文。该研究揭示玉米ZmHPATR1基因通过调控叶片有机酸积累,特异性招募有益菌鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas),后者分泌胞外多糖威兰胶(Welan gum)直接抑制病原菌生长,从而增强玉米弯孢叶斑病抗性的全新机制,为基于植物微生物组的抗病育种提供了理论依据和技术路径。研究团队通过EMS诱变群体筛选获得抗弯孢叶斑病突变材料并利用MutMap定位方法鉴定出候选基因。
为解析ZmHPATR1调控微生物组介导抗病性的机制,研究团队结合代谢组和叶际微生物组等分析发现,ZmHPATR1功能缺失能够重塑玉米叶片代谢状态,促进富马酸、叶酸和四氢叶酸等关键有机酸积累,这些有机酸可特异性招募有益细菌鞘氨醇单胞菌定殖富集;从富集叶际分离鉴定的鞘氨醇单胞菌可显著抑制新月弯孢菌,分析发现鞘氨醇单胞菌产生的胞外多糖威兰胶可直接抑制病原菌生长、孢子萌发,破坏病原菌细胞结构,从而增强玉米弯孢叶斑病抗性,构建了“植物基因—代谢物—微生物—病原菌”的四级抗病调控网络(图2)。进一步研究证实ZmHPATR1功能缺失突变体也可增强玉米对小斑病抗性。同时,鞘氨醇单胞菌与威兰胶对玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)、玉米大斑病菌(Exserohilum turcicum)、玉米茎基腐病菌(Fusarium verticillioides)等病原真菌均具有显著的拮抗抑制效果,显示其广谱抗病应用潜力。