本网讯 近日，《New Phytologist》在线刊发学校农学院、作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李晓玉教授团队题为“ZmHPATR1 orchestrates phyllosphere organic acid flux to recruit Sphingomonas and enhance resistance of maize to Curvularia leaf spot”的研究论文。

该研究揭示了玉米ZmHPATR1基因通过调控叶片有机酸积累，特异性招募有益菌鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas），后者分泌胞外多糖威兰胶（Welan gum）直接抑制病原菌生长，从而增强玉米弯孢叶斑病抗性的全新机制，为基于植物微生物组的抗病育种提供了理论依据和技术路径。

玉米是全球重要粮食作物，病害严重影响其产量和品质。其中，由新月弯孢菌（Curvularia lunata）引起的弯孢叶斑病是玉米生产中的重要真菌病害之一。传统抗病育种主要依赖植物自身抗病基因，通过增强植物免疫能力抵抗病原菌侵染。然而，由于病原菌具有较强的遗传变异能力，单一抗病基因介导的抗性往往易被病原菌克服。因此，发掘更为持久、稳定的抗病策略已成为当前研究的重要方向。

为了寻找调控玉米叶部病害抗病能力的关键基因，研究团队通过EMS诱变群体筛选获得抗弯孢叶斑病突变材料，并利用MutMap定位方法鉴定出候选基因ZmHPATR1。研究证实zmhpatr1突变体与野生型相比，表现出更强的弯孢叶斑病抗性（图1）。进一步研究显示在叶片表面灭菌处理后，zmhpatr1突变体与野生型之间的抗病性差异不显著，表明ZmHPATR1介导的抗病性增强具有叶际微生物依赖性。

图1 突变体zmhpatr1表现出对弯孢叶斑病的抗性

为解析ZmHPATR1调控微生物组介导抗病性的机制，研究团队结合代谢组和叶际微生物组等分析发现，ZmHPATR1功能缺失能够重塑玉米叶片代谢状态，促进富马酸、叶酸和四氢叶酸等关键有机酸积累，这些有机酸可特异性招募有益细菌鞘氨醇单胞菌定殖富集；从富集叶际分离鉴定的鞘氨醇单胞菌可显著抑制新月弯孢菌，分析发现鞘氨醇单胞菌产生的胞外多糖威兰胶可直接抑制病原菌生长、孢子萌发，破坏病原菌细胞结构，从而增强玉米弯孢叶斑病抗性，构建了“植物基因—代谢物—微生物—病原菌”的四级抗病调控网络（图2）。进一步研究证实ZmHPATR1功能缺失突变体也可增强玉米对小斑病抗性。同时，鞘氨醇单胞菌与威兰胶对玉米小斑病菌（Bipolaris maydis）、玉米大斑病菌（Exserohilum turcicum）、玉米茎基腐病菌（Fusarium verticillioides）等病原真菌均具有显著的拮抗抑制效果，显示其广谱抗病应用潜力。

图2 ZmHPATR1介导的玉米抗弯孢叶斑病机制模型

该研究成果为玉米微生物组介导的广谱抗病育种提供了新靶点与新策略，同时也为新型生物农药研发提供了重要理论支撑。

安徽农业大学为论文第一单位，作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室博士生罗心皓、已毕业硕士生单汉臣为共同第一作者，程备久教授、陈金副教授、李晓玉教授为该论文的共同通讯作者。齐永霞副教授、范军教授和韩国民教授也参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划项目（2022YFD201005）、安徽省生物育种实验室项目（2025SWYZ0200）的资金支持。

论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71485