地下丛枝菌根真菌与地上Epichlo?内生菌双重共生协同缓解黑麦草叶斑病的分子机制

本研究针对黑麦草叶斑病（Bipolaris sorokiniana）的生物防治难题，通过RNA-seq技术解析了丛枝菌根真菌（AMF）Claroideoglomus etunicatum与Epichlo? festucae var. lolii内生菌协同调控宿主防御的分子机制。研究发现双重共生显著降低病害指数，激活过氧化氢酶（CAT）和多酚氧化酶（PPO）等防御酶系，并通过WGCNA鉴定出27个枢纽基因和11个抗性相关基因。该成果为微生物协同增效的植物病害防控策略提供了理论依据。

　　

在农业生产中，真菌病害如同隐形的敌人，悄无声息地侵蚀着作物的健康。黑麦草叶斑病就是这样一个令人头疼的问题，由Bipolaris sorokiniana引起的这种病害不仅降低牧草产量，还影响草坪美观。传统化学农药虽能短期见效，却带来环境污染和抗药性风险。面对这一困境，兰州大学草地农业科技学院的研究团队将目光投向了自然界中与植物共生的微生物伙伴——地下世界的丛枝菌根真菌（AMF）和地上部分的Epichlo?内生菌。这两种微生物各自都能增强植物抗逆性，但当它们"强强联手"时会产生怎样的协同效应？这正是发表在《Physiology》上的这项研究要解答的核心问题。

研究人员采用RNA-seq转录组测序技术，结合加权基因共表达网络分析（WGCNA），系统比较了单独接种AMF（Claroideoglomus etunicatum）、Epichlo?内生菌（Epichlo? festucae var. lolii）以及双重接种对黑麦草抗病性的影响。实验设置了包含病原菌接种的对照组，通过测定病害指数、防御酶活性及激素水平，结合差异表达基因分析，揭示了微生物协同作用的分子基础。

病害症状与防御响应
病原菌接种一周后，未受微生物保护的对照组（NME-）出现典型叶斑症状，而AMF和Epichlo?单独处理分别使病害指数降低32.1%和28.7%，双重接种则展现出惊人的协同效应，病害抑制率达54.3%。防御酶检测显示，双重接种显著提升过氧化氢酶（CAT）和多酚氧化酶（PPO）活性，分别比对照组提高2.1倍和1.8倍。激素分析发现水杨酸（SA）在协同处理组积累最为明显，暗示SA信号通路在抗病中的核心作用。

转录组调控网络
RNA-seq鉴定出1，247个差异表达基因（DEGs），其中双重接种特异性激活了萜类骨架生物合成、生物素代谢等通路。WGCNA分析锁定27个枢纽基因，包括谷胱甘肽-S-转移酶（GST）和病程相关蛋白（PR）基因家族成员。特别值得注意的是，11个抗性相关基因在双重接种组呈现独特表达模式，如编码几丁质酶的LpChi2和参与活性氧清除的LpAPX2。

分子互作机制
研究揭示了AMF-Epichlo?协同作用的"三重防护"机制：1）通过上调GST基因增强氧化应激防御；2）激活SA信号通路诱导系统抗性；3）调控次生代谢产物合成基因（如LpTPS3）产生抗菌物质。这种多层次的防御网络解释了为何双重接种效果远超单一微生物处理。

这项研究不仅首次阐明了地下-地上微生物协同抗病的转录组基础，更开创性地将WGCNA应用于植物-微生物互作研究。其发现为开发基于微生物组协同作用的绿色防控技术提供了分子靶点，对推动草地农业可持续发展具有重要意义。正如作者Tingyu Duan在讨论部分强调的，这种"微生物联盟"策略有望成为替代化学农药的新范式，特别是在多年生牧草病害管理中展现出广阔应用前景。