中国农业大学副院长团队在植物学一区Top期刊发表研究成果,构建人工菌群,开创青枯病防治新策略

近日，中国农业大学农学院种植制度与农田生态课题组在植物科学领域取得了重要突破。由曾昭海教授与杨亚东副教授领衔的研究团队，在国际知名期刊《Plant Communications》上在线发表了一项关于花生青枯病防治机制的最新成果。该研究深入剖析了抗性花生品种如何通过“招募”特定的根际微生物与代谢物来构建防御防线，并创新性地利用这些关键要素构建人工菌群，成功显著提升了感病品种对青枯病的抵抗力。

长期以来，学界已知植物根际微生物群落对宿主的健康至关重要，尤其是在面对病原菌威胁时，抗性品种往往能主动筛选并富集有益微生物以抵御入侵。然而，这些被抗性品种“选中”的关键微生物和代谢物是否具备“移植”能力，能否帮助原本脆弱的感病品种获得同样的抗病性，其背后的具体运作机制此前一直是个谜团。

为了解开这一谜题，研究团队选取了抗病品种“日花3”与感病品种“日花99”作为研究对象，综合运用扩增子测序与液相色谱 - 质谱联用技术，细致对比了两者在青枯病菌侵染下的根际微生态差异。

研究发现，青枯病菌的入侵会严重破坏感病品种的微生物多样性及网络结构，而抗病品种则能维持甚至增强其微生物网络的复杂性。更关键的是，抗病品种在应对病原菌时，会特异性地富集涉及链霉素、苯丙烷及异黄酮生物合成等健康相关的代谢途径，并聚集了三种核心微生物（芽孢杆菌、假单胞菌和青霉属真菌）以及四种关键代谢物（瓜氨酸、L-苯丙氨酸、山奈酚和异欧前胡素）。通过体外共培养实验，研究人员证实了这些特定代谢物正是促进关键微生物生长的“燃料”。在此基础上，团队构建了由三种菌株组成的人工合成菌群（SynCom4），实验显示该菌群对青枯病菌的抑制效果远超单一菌株或双菌株组合。

进一步的盆栽验证实验揭示了更为令人振奋的结果：当将SynCom4人工菌群与关键代谢物联合施用于感病花生时，其防病效果优于单独使用菌群。这种联合处理不仅成功在感病品种根际重塑了有益微生物群落，使其丰度显著增加，还触发了一系列宿主防御反应。富集的有益微生物如同“免疫激活剂”，诱导花生植株启动了免疫系统，促进了木质素的合成，并大幅提升了槲皮素、二氢槲皮素及矢车菊素等抗菌化合物的含量，从而构筑起一道坚实的生物化学屏障，有效阻断了病原菌的入侵。

这项研究不仅从理论层面阐明了抗性品种通过根系分泌物“招募”盟友、进而协助感病品种重塑微生态以抵御病害的完整链条，也为利用作物 - 微生物互作机制开发新型生物防治策略提供了重要的实践依据。该论文由中国农业大学在读博士生禹桃兵担任第一作者，曾昭海教授和杨亚东副教授为共同通讯作者。研究工作得到了中国农业大学生物学院徐凌教授、沈阳农业大学姜英副教授以及德国亥姆霍兹环境研究中心王上博士的指导，同时杨若琪、黄洋康、张奕聪、雷艺鸽及方向阳等多位团队成员参与。