根分泌的阿魏酸甲酯：抑制烟草疫霉、富集根际芽孢杆菌防治烟草黑胫病的双重 “卫士”

为探究根分泌物在植物病害防控中的作用，中国农业科学院烟草研究所研究人员开展了根分泌阿魏酸甲酯（methyl ferulate）对烟草黑胫病作用的研究。结果表明，methyl ferulate 能抑制 P. nicotianae 并富集根际芽孢杆菌，提升烟草抗病性。该研究为防控土传真菌病害提供新思路。

　　在植物的微观世界里，根系如同一个活跃的 “化工厂”，不断分泌着各种物质，这些物质在植物与周围环境的互动中扮演着关键角色。然而，长期以来，许多根分泌物在应对植物病原菌方面的具体作用，就像隐藏在迷雾中的宝藏，等待着科研人员去挖掘。烟草作为一种重要的经济作物，常常遭受各种病害的侵袭，其中烟草黑胫病是由 P. nicotianae（一种能感染多种植物的卵菌）引起的极具破坏性的土传病害，严重影响烟草的产量和质量。在面对这类病害时，传统的防治方法往往存在诸多弊端，比如化学农药的过度使用会导致环境污染和农药残留问题。因此，寻找一种绿色、高效的防治手段迫在眉睫。

在这样的背景下，中国农业科学院烟草研究所的研究人员挺身而出，他们开展了一项极具意义的研究，旨在揭示根分泌的阿魏酸甲酯（methyl ferulate）在控制烟草黑胫病中的作用。最终，他们发现 methyl ferulate 不仅能够直接抑制 P. nicotianae 的生长，还能通过富集根际的芽孢杆菌（Bacillus）来增强烟草对黑胫病的抵抗力。这一发现为防治烟草黑胫病以及其他土传真菌病害开辟了新的途径，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为农业可持续发展带来了新的希望。该研究成果发表在《Microbiome》杂志上。

研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。在样本处理上，选用多个烟草品种（Gexin 3、Xiaohuangjin 1025 和 K326 等），并在温室和田间实验中进行种植与接种处理。利用代谢组学技术，对根分泌物中的代谢物进行分析；通过 16S rRNA 测序，研究根际土壤细菌群落组成；运用转录组分析技术，探究 P. nicotianae 在阿魏酸甲酯处理后的基因表达变化。

下面来具体看看研究结果：

• 根分泌物代谢物及抗真菌活性分析：研究人员对 Gexin 3（抗病品种）和 Xiaohuangjin 1025（感病品种）接种 P. nicotianae 后的根分泌物进行了比较代谢组学分析。通过 UPLC - MS/MS 技术，共鉴定出 304 种代谢物。热图分析显示，两个品种在接种 P. nicotianae 后，根分泌物代谢物存在显著差异。进一步筛选出 7 种化合物进行抗真菌活性测试，发现阿魏酸甲酯能显著抑制 P. nicotianae 的菌丝生长。
• 阿魏酸甲酯对 P. nicotianae 的抑制效果：通过在培养基中梯度添加阿魏酸甲酯，评估其对 P. nicotianae 的抑制活性。结果表明，阿魏酸甲酯对 P. nicotianae 的抑制作用呈剂量依赖性，其半数效应浓度（EC₅₀）为 67.51 μg/mL。在无菌土壤和自然土壤实验中，阿魏酸甲酯均能降低病原菌丰度，且在自然土壤中效果更明显。同时，阿魏酸甲酯还能显著提高烟草对黑胫病的抗性，降低烟草的病情指数和土壤中的病原菌密度。此外，阿魏酸甲酯对 B. cinerea、P. aphanidermatum 等多种植物病原菌也具有拮抗作用。
• 阿魏酸甲酯的抑制机制：为深入探究阿魏酸甲酯对 P. nicotianae 的抑制机制，研究人员进行了转录组分析。结果发现，阿魏酸甲酯处理后，P. nicotianae 中有 240 个差异表达基因（DEGs），这些基因显著富集在氧化磷酸化、淀粉代谢和蔗糖代谢等通路。其中，NADH 脱氢酶铁 - 硫蛋白 7（Ndufs7）家族成员的表达均增加，而 NADH 脱氢酶活性显著降低，NAD⁺和 NAD⁺/NADH 比值也明显下降，这表明 NADH 脱氢酶和线粒体复合体 I 功能受损。同时，阿魏酸甲酯处理还导致 P. nicotianae 的 ATP 含量减少，线粒体膜电位降低，并诱导细胞发生自噬。
• 阿魏酸甲酯对有益微生物的招募作用：阿魏酸甲酯在自然土壤中对病原菌的抑制效果优于无菌土壤，这促使研究人员探究微生物在其中的作用。通过 Illumina MiSeq 测序监测根际土壤细菌群落组成，发现阿魏酸甲酯处理后，根际细菌群落的复杂性增加，芽孢杆菌的相对丰度显著提高。从根际土壤中分离出 13 株芽孢杆菌，多数菌株对 P. nicotianae 具有抑制作用。其中，Priestia megaterium NM17 菌株在阿魏酸甲酯处理组中显著富集，接种该菌株能有效提高烟草对黑胫病的抗性。
• NtCOMT10 的功能研究：研究发现，咖啡酸 O - 甲基转移酶（caffeic acid O - methyltransferase，COMT）可能参与阿魏酸甲酯的合成。在烟草中鉴定出 12 个 NtCOMTs，其中 NtCOMT10 在接种 P. nicotianae 后表达显著增加。通过构建 NtCOMT10 过表达烟草植株，发现其根分泌物中阿魏酸甲酯的含量显著提高，植株对黑胫病的抗性增强，根际土壤中 P. nicotianae 的相对丰度明显降低。同时，过表达 NtCOMT10 还导致根际细菌群落组成发生显著变化，芽孢杆菌的相对丰度增加。

综合研究结论和讨论部分，这项研究意义重大。它揭示了根分泌的阿魏酸甲酯在调控烟草对黑胫病抗性中的双重作用机制，即直接抑制病原菌生长和间接招募有益微生物。这不仅为理解植物与土壤微生物的相互作用提供了新的视角，也为防治土传真菌病害提供了一种潜在的、绿色可持续的策略。通过调节植物根分泌物或相关基因的表达，有望实现对农作物病害的精准防控，减少化学农药的使用，促进农业的可持续发展。此外，研究还发现 COMT 基因家族可能在植物抗病过程中发挥重要作用，为未来开展基于基因调控的植物病害防治研究提供了新的方向 。