近日，中国农业科学院植物保护研究所粮食作物真菌病害监测与防控创新团队在《Microbiome》上在线发表题为“ Bacillus  species are core microbiota of resistant maize cultivars that induce host metabolic defense against corn stalk rot”的研究论文，发现玉米在遭受镰孢茎基腐病危害时能够招募芽孢杆菌核心抗病菌群并解析了其抑病机制。

玉米茎基腐病是全球范围内普遍发生的重要土传病害，随着秸秆还田等栽培措施持续推广，导致该病害近年来在我国频繁暴发，严重威胁玉米的安全生产。微生物组被认为是植物的“第二基因组”，其多样性和功能对维持植物健康生长至关重要。因此，深入研究玉米植株中不同部位的微生物群落与宿主之间的互作机制，挖掘抗病微生物菌群可为防治茎基腐病提供理论基础和菌株资源。

该研究通过微生物组、代谢组和转录组联合分析揭示了禾谷镰孢菌胁迫下抗病和感病玉米自交系品种在不同生态位的微生物菌群结构和功能。研究发现，抗茎腐病的玉米自交系品种能够重塑其微生物群落，并招募三种不同类型抗禾谷镰孢菌表型的芽孢杆菌，这些表型包括抢占生态位、分泌抗菌活性物质、无直接拮抗作用。盆栽接种实验证明三种类型芽孢杆菌合成菌群均能提高玉米对镰孢茎基腐病的抗病作用。研究进一步发现，无直接拮抗作用的芽孢杆菌合成菌群可通过特异性地诱导酪氨酸脱羧酶1 ( TYDC1 )的表达，促进小檗碱的生物合成，从而达到抑制病害发生的作用。该研究阐明了芽孢杆菌作为玉米抗镰孢茎基腐病核心微生物菌群的作用机制，为玉米茎基腐病相关生防产品开发提供了菌株资源和理论依据。

已毕业博士研究生夏信瑶（现山东省农业科学院植物保护研究所工作）、在读博士生韦秋合和吴瀚翔副研究员为论文的共同第一作者，刘文德研究员为论文的通讯作者。中国农科院植保所郭园文副研究员、中国农业大学孙文献教授参与了该项研究工作。该研究得到国家重点研发计划项目（2022YFD1402000）和中国农科院农业科技创新工程等项目的资助。

图1. （a）玉米茎基腐病抗病和感病自交系田间表型；（b）抗病品种在镰孢茎基腐病胁迫下招募核心微生物菌群及其抗病机制的工作模型。

论文链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01887-w