中国农业大学潘灿平团队:释放抗真菌能力:硒纳米引发增强茉莉酸信号、抑制病原酶并激活植保素,以提高玉米对禾谷镰刀菌的抗性
禾谷镰刀菌引起的茎腐病及呕吐毒素（DON）污染严重威胁玉米产量与食品安全。传统化学杀菌剂面临抗药性、环境残留等问题，亟需可持续的绿色防控策略。本研究系统揭示了硒纳米颗粒（SeNPs）种子引发处理通过调控玉米代谢与转录重编程，增强抗病性的分子机制，为纳米技术应用于作物保护提供了理论依据。图1 图形摘要研究以“郑单958”玉米为材料，采用50 mg/L SeNPs溶液进行种子引发处理，随后接种禾谷镰刀菌。在感染后3天，通过生理生化测定、广泛靶向代谢组学、转录组学及分子对接等技术，系统比较了对照组与SeNPs处理组在DON含量、抗氧化系统、激素信号、植保素合成及病原相关基因表达等方面的差异。图2 SeNP引发对禾谷镰刀菌感染下玉米生长、呕吐毒素含量及相关基因表达的影响。（A）不同处理下玉米的外观图像；（B）生物量；（C）茎重；（D）株高；（E）呕吐毒素水平；（F）和（G）TRI1和TRI5基因的表达；（H）β-葡萄糖苷酶活性。统计显著性采用双尾学生t检验确定：p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001。柱上不同小写字母表示根据Tukey多重比较检验存在显著差异（p < 0.05）研究发现，SeNPs引发显著促进了玉米在病原胁迫下的生长，生物量、茎重和株高分别增加28.1%、64.8%和30.7%。同时，茎基部DON含量降低42.2%，关键毒素合成基因TRI1和TRI5的表达分别下调35.1%和19.9%，β‑葡萄糖苷酶活性也明显下降，表明真菌定殖能力受到抑制。在抗氧化防御方面，SeNPs处理显著提升了总抗氧化能力，激活了抗坏血酸‑谷胱甘肽循环，使AsA、GSH、GSH‑Px和GST水平升高，同时SOD活性适度下调而POD活性增强，最终使氧化损伤标志物丙二醛减少18%。这种精细调控既维持了适度的过氧化氢信号传导，又避免了氧化胁迫，并促进木质素合成以加固细胞壁。图3 转录组与广泛靶向代谢组的整合分析（Se50对比CK，以及FgSe50对比FgCK）。（A）KEGG富集通路气泡图（Se50 vs CK）；（B）KEGG富集通路气泡图（FgSe50 vs FgCK）；（C）重点富集通路及通路关联图。在激素信号层面，SeNPs引发促进了α‑亚麻酸向茉莉酸（JA）的代谢流动，JA含量显著上升，而水杨酸水平未发生明显变化。转录组分析显示，JA合成关键基因AOC和AOS上调，下游MYB、C2H2等转录因子被激活，进而驱动苯丙烷类和苯并噁唑啉酮类植保素的合成。具体而言，绿原酸含量增加402%，总酚酸上升5%；在苯并噁唑啉酮途径中，糖基化形式如DIBOA‑葡萄糖苷积累增多，其与病原毒力蛋白（PDB: 5E9H, 8H4P）的分子结合能力甚至强于苷元形式，形成“预储糖苷—病原水解—快速释放”的高效抗菌机制。此外，SeNPs引发还重塑了中心碳代谢，将乙酰辅酶A从三羧酸循环及DON合成途径分流至丙二酰辅酶A，优先供应酚酸合成，同时减少镰刀菌酸等毒力因子的积累。综上所述，SeNPs种子引发通过三重协同机制增强玉米对禾谷镰刀菌的抗性：强化谷胱甘肽依赖的抗氧化脱毒系统，激活α‑亚麻酸‑JA信号轴以驱动植保素合成，以及重编程碳代谢将资源从毒素前体转向抗菌物质。本研究展示了纳米引发作为一种绿色、可持续的作物保护策略的应用潜力，为未来田间验证及与减量化农药协同使用提供了科学基础。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2026.03.025
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