近年来，全球气候变化与农业耕作模式的革新，进一步加剧农作物病虫害爆发风险，持续威胁粮食安全生产，让作物抗性提升成为现代育种的攻坚难题。木质素作为植物免疫信号通路下游的核心抗性因子，是作物抵御病虫侵害的关键功能组分。但目前，关于木质素介导植物抗病虫的分子机理，及其在作物遗传改良中的应用，仍缺乏系统性的梳理。深入阐明木质素在植物生物胁迫中的作用机制，既能丰富植物免疫调控的理论体系，也是适配气候变化趋势，筑牢农业安全生产防线和保障粮食稳产保供的迫切现实需求。
近日，河南农业大学农学院苟明月教授团队在Advanced Science发表了题为From Defense Executor to Engineering Target: Harnessing Lignin for Crop Resistance的综述论文。该文章系统阐述了木质素介导植物免疫的生理生化机制，创新性提出依托木质素通路改良作物抗性的精准策略，为高产优质作物新品种培育提供了关键理论支撑与全新研发思路。
植物中的木质素可分为结构性木质素和防御性木质素，其中，稳定分布于植物支撑组织的结构性木质素，主要负责植株机械支撑；而生物胁迫下特异性合成的防御木质素，可精准沉积于病虫害侵染位点，凭借独特的空间分布、合成速率与化学组分，专一性响应病虫胁迫，高效启动免疫防御。植物可精准识别病虫侵害信号，通过多层级调控网络，精准调控木质素动态合成与积累，快速抵御病虫害侵袭。
梳理大量木质素相关基因的功能研究发现，木质素介导植物免疫主要通过以下三大机制（图1）：物理屏障防护：生物胁迫诱导的木质素快速沉积，可加固植物细胞壁并形成物理屏障，阻碍病原菌入侵扩散或抑制害虫持续取食；免疫信号激活：木质素重塑引发的细胞壁结构变化，可释放内源激发子，激活免疫反应，进而放大下游防御信号级联反应。抗菌物质合成：介导木质素合成的植物苯丙烷代谢通路可分支合成抗菌植保素，通路之间的代谢流量分配直接调控植物结构性物理防御与化学防御的动态平衡。
图1 木质素介导植物免疫的分子机制
目前，木质素介导的广谱抗病功能在水稻、小麦、玉米等主粮作物中得到广泛验证。部分木质素相关基因的优异天然等位变异可在显著提升作物抗病或抗虫能力的同时不影响产量和株型等农艺性状，为抗性分子育种提供了宝贵基因资源。随着人工智能、基因组编辑、高通量表型检测等现代生物技术的快速迭代，作物精准育种迈入全新阶段，相关技术的深度融合，将彻底革新传统育种模式，助力实现作物高抗、高产、优质协同改良，为粮食安全稳产增收提供保障（图2）。
图2 基于木质素通路改良作物抗性的生物技术策略
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.76059
