作物根际免疫制约致病菌入侵机制破解

中国工程院院士、南京农业大学教授沈其荣与西南大学教授张勇团队通过等位基因标记技术，动态示踪微生物种群变化，解析了作物根际免疫制约土传致病菌入侵的过程与微生态机制。相关成果近日发表于国际学术期刊《自然·通讯》。

土传致病菌是制约土壤健康和粮食安全的典型生物污染因子。在农业生产中，人们常采用土壤熏蒸、使用农药抗生素、种植抗性品种等方式来阻控土传致病菌。尽管这些方法在当季可取得一定效果，但土传致病菌遗传多样性丰富、适应能力强，极易产生适应性进化，导致抗生素失效、作物抗性退化。当前，致病菌的多样性和生态进化研究已经成为土壤生物健康领域的前沿热点。而研究这一问题的难点，在于如何动态追踪致病菌的种群演替规律。

“研发高通量精准追踪技术，对精细刻画致病菌种群动态演替至关重要。”论文共同通讯作者、南京农业大学教授韦中介绍，根—土交界面是根际抵御土传致病菌进入植物体内的天然屏障。根际微生物、根层细胞、免疫蛋白、拮抗物质等共同决定了根际抵御土传病原菌入侵的能力，即根际免疫能力。“然而，当前仍缺乏对根际免疫强度的有效评估方法，更缺乏对根际免疫制约致病菌入侵过程的深刻理解。”韦中说。

为此，团队以土传植物病原细菌青枯菌为研究对象，采用高通量基因组等位基因标记技术，在青枯菌染色体的非编码区插入序列随机的DNA片段，人工构建了等位基因标记的青枯菌复合群体。他们通过扩增子测序检测DNA片段的丰度变化，采用群体遗传学算法量化根际免疫，利用生态模型探究青枯菌的种群动态变化。

研究发现，根际免疫强度增加，会使选择压增强，导致成功入侵植物体内的青枯菌种类和多样性减少。其中，根系物理结构和免疫能力的完整性是阻控青枯菌入侵的关键。该研究为土传致病菌的生态阻控提供了理论与技术支撑。