近日，湖南省农科院牵头，联合中国农业科学院植物保护研究所、英国南安普顿大学等单位，在《自然—通讯》在线发表研究成果称，发现水稻木质素前体4-HCA 定向原位募集有益的叶际微生物、抑制有害的病原微生物，从而维持水稻叶际“健康态”。该研究定位并克隆了1个控制叶际微生物稳态的 M 基因OsPAL02， 率先从分子水平解答了植物叶际微生物群落组装与植物遗传、代谢调控的关系，为基于植物微生物组建立植物病害新防控新策略提供了理论支撑。
陆地生态系统中，植物叶片为微生物群落提供了最大的生物栖息地，各种有益微生物和潜在病原微生物均共存于植物叶际，相对稳定的叶际微生物群落结构对维持宿主植物健康生长至关重要，对维持农作物的抗病性也至关重要。虽然宿主植物驱动叶际微生物组装的现象广泛存在，但目前对其机制仍然未知。
该研究中，通过对数据深度挖掘，定性了水稻叶际细菌种类近7000个，同时定量了各个种在110个水稻叶际的丰度值；进而通过开发生物信息学分析方法，对近7000个叶际微生物富集丰度值与110个水稻品种的单核苷酸多态性标记进行全基因组关联分析，共鉴定到2667 个单核苷酸多态性与496种叶际微生物丰度存在关联，这些单核苷酸多态性在水稻染色体上富集成235个位点。
分析发现，木质素合成通路中多个基因分别与Pseudomonadales, Burkholderiales, Xanthomonadales目中细菌物种的丰度紧密关联。其中，位于水稻4号染色体的 OsPAL02基因是控制4-HCA的关键基因，4-HCA与叶际Pseudomonadales目物种的丰度呈显著正相关。分析发现，4-HCA对 Pseudomonas 属有益细菌具有特异性募集功能，同时可持续抑制水稻叶际致病性细菌群体 Xanthomonas 属，进而有效遏制白叶枯病的发生。
基于该研究结果，作者们在文中提出微生物组塑造基因（M 基因)的新概念。M基因的进一步开发和利用有望实现抗病育种与有益微生物群体控害两大领域有机统一，培育更为广谱持久抗病农作物新品种。
该研究受到国家重点研发计划以及国家自然科学基金国际合作项目等项目的联合资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44335-3
