水稻是全球重要粮食作物，其高产和安全稳产直接关系国民经济的稳定和发展。稻瘟病作为最具毁灭性的水稻病害之一，严重威胁水稻的安全生产。非寄主抗病性能使植物对侵染其他植物的病原微生物菌株产生免疫，是植物体内广谱且持久的防御机制。揭示其中复杂的分子调控网络，研究抗病分子机制在水稻生产中具有重要意义。
近日，福建省农业科学院水稻研究所张建福研究员、谢华安院士团队在Plant,Cell & Environment上发表题为A Non-host Pathogen Elicitor Induces Blast Resistance Mediated by OsNAC78-Pir7b Module in Rice的研究论文。该研究阐明了非寄主病原菌分泌物激活植物免疫系统的分子机制，为水稻抗稻瘟病分子设计育种的研究提供新的思路。
研究团队前期通过水稻单细胞测序分析捕获转录因子OsNAC78的下游靶标基因Pir7b，Pir7b为防御相关基因。根据现有研究表明，非寄主病原菌丁香假单胞菌所分泌的syringolin A能够激活水稻防御相关基因Pir7b的表达，但该响应机制尚未明确。由此展开了一系列研究，本研究首先对OsNAC78开展了稻瘟病抗性鉴定，通过对75-1-127背景的Osnac78敲除突变体以及对日本晴背景的OsNAC78过表达植株使用离体打孔接种、喷雾接种稻瘟病菌以及结合田间试验鉴定等方式进行鉴定，结果表明OsNAC78正向调控水稻的稻瘟病抗性（图1）。
图1 OsNAC78正向调控水稻的稻瘟病抗性
为验证Pir7b基因与稻瘟病抗性直接相关，研究团队以水稻品种日本晴为遗传转化材料，通过农杆菌介导的遗传转化技术创制Pir7b的敲除和过表达材料，在实验室和田间进行了稻瘟病抗性鉴定。结果发现Pir7b能正向影响水稻的稻瘟病抗性，进一步对Pir7b的抗病功能进行剖析，发现Pir7b通过提高过氧化物ROS的累积形成免疫以应对稻瘟病菌入侵，从而增强稻瘟病抗性。
图2 稻瘟病田间自然诱发病圃
为验证Pir7b基因的表达受syringolin A诱导，进行了双荧光素酶实验。结果显示，OsNAC78和Pir7b基因的启动子转录活性在syringolin A处理野生型原生质体后均出现不同程度的增强；syringolin A处理可显著提高野生型和Osnac78突变体原生质体中Pir7b基因启动子的转录活性，但Osnac78突变体原生质体中Pir7b基因启动子的活性显著低于野生型。以上结果表明，OsNAC78作为关键转录因子参与syringolin A介导的Pir7b基因表达过程。
图3 Syringolin A通过OsNAC78-Pir7b模块诱导稻瘟病抗性
通过syringolin A诱导的实验结果发现，Pir7b的表达与OsNAC78同样不受稻瘟病菌诱导，而是受syringolin A诱导。又接着通过在含syringolin A和不含syringolin A的培养基中的稻瘟病离体接种实验结果显示，经syringolin A处理后，野生型及各突变体植株的稻瘟病抗性均高于未处理组，其中syringolin A对野生型植株的稻瘟病抗性诱导效果最为显著，而Osnac78/Pir7b双突变体中会显著削弱syringolin A 介导的稻瘟病抗性（图3）。以上这些研究结果共同表明了syringolin A通过OsNAC78-Pir7b调控模块诱导水稻稻瘟病抗性。
图4 非靶向代谢组学分析
综上所述，本研究证实了非寄主病原菌分泌的syringolin A能够诱导水稻中转录因子OsNAC78的表达，进而上调其下游靶标防御相关基因Pir7b的转录水平，最终通过ROS途径激发水稻的稻瘟病抗性（图5）。该研究阐明了非寄主病原菌分泌物激活植物免疫系统的分子机制，为水稻抗稻瘟病方面的研究提供新的研究思路。
图5 syringolin A诱导OsNAC78-Pir7b模块激发稻瘟病抗性模型图
福建省农科院水稻所谢云杰博士和福建农林大学植物保护学院硕士研究生赖钰铃为该论文的共同第一作者，福建省农科院水稻所张建福研究员为该论文的通讯作者，福建省农科院水稻所为该论文的第一单位。该研究得到国家自然科学基金、国家现代农业水稻产业技术体系、国家重点研发计划项目等的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1111/PCE.70500
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