贝莱斯芽孢杆菌TX2通过JA/SA双通路诱导芋头系统性抗软腐病的机制研究

《Biological Control》：Root-irrigation with Bacillus velezensis TX2 induces systemic resistance to soft rot disease via jasmonic acid and salicylic acid dependent pathways in Colocasia esculenta

本研究针对芋头软腐病防治中化学农药滥用导致的抗药性及环境风险问题，探讨了植物根际促生菌贝莱斯芽孢杆菌TX2的生防潜力。研究人员通过根灌接种TX2，发现其不仅能分泌生长素(IAA)促进芋头生长，还能通过激活茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)信号通路，上调防御基因PDF1.2、PR1和PR2的表达，显著增强芋头对胡萝卜果胶杆菌(Pcc)的系统性抗性。该研究为开发环境友好型生物防治剂提供了新思路。

　　

在农业生产中，芋头软腐病是由胡萝卜果胶杆菌(Pectobacterium carotovorum, Pcc)引起的一种毁灭性病害，严重时可导致产量损失超过50%。目前主要依赖化学农药进行防治，但长期使用不仅会引发病原菌抗药性，还对生态系统构成威胁。寻找安全有效的替代防治策略成为当务之急。植物根际促生菌(PGPR)因其能够促进植物生长并诱导系统抗性，近年来被视为可持续农业的重要解决方案。

在这项发表于《Biological Control》的研究中，研究人员从湖南江永县芋头根际土壤中分离到一株贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)TX2，并系统探讨了其对芋头生长促进和软腐病抗性诱导的双重作用。研究发现，TX2不仅能够分泌约9.08 μg/mL的生长素(IAA)，使芋头植株高度、叶长和叶宽分别增加9.3%、9.2%和16.2%，还能在根际土壤和植株体内成功定殖，峰值分别达到8×10⁴cfu·g^-1和2×10⁵cfu·g^-1。

为阐明TX2诱导抗性的分子机制，研究团队采用了多种关键技术方法：通过16S rRNA基因测序和全基因组测序对菌株进行鉴定和功能基因分析；利用高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-MS)检测植物激素含量；采用转录组测序和qRT-PCR技术分析基因表达谱；通过酶活性检测试剂盒测定抗氧化酶(SOD、POD、CAT)和防御相关酶(PAL、PPO)活性；并建立了病原菌接种和定殖实验体系。

3.1. TX2的鉴定与基因组测序

系统发育分析表明TX2与贝莱斯芽孢杆菌菌株亲缘关系最近。全基因组测序显示其含有13个与植物生长促进和抗性次级代谢物生物合成相关的同源基因，包括合成表面活性素、丰原素、杆菌霉素和杆菌烯的基因簇，以及精氨酸降解途径基因(speA、speB、speE)和氮吸收途径基因(moaA-E、nasA、narG-K)，这些基因共同赋予了TX2促进植物生长和调控生物学过程的能力。

3.2. TX2增强芋头生长和抗病性

TX2处理显著提高了芋头内源IAA含量(41.7 ng/g，比对照增加39%)，并有效抑制了软腐病原菌的定殖，使Pcc生物量从9.76×10⁷CFU/g降至3.7×10⁷CFU/g，降低率达61.4%，证实了TX2在促进生长和增强抗病性方面的双重功效。

3.3. TX2诱导的抗软腐病相关基因表达

转录组分析发现，与对照相比，TX2-Pcc处理组有1540个差异表达基因(DEGs)，其中防御反应、免疫系统过程调控和茉莉酸响应等生物学过程显著富集。这表明TX2预处理重塑了芋头的转录组格局，使其更倾向于激活防御相关通路。

3.4. TX2诱导的抗氧化和防御相关酶活性

TX2处理显著提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，分别增加42.9%、47%和80%。同时，苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)活性也在病原菌接种后显著升高，其中PPO活性在接种后6小时达到峰值，PAL活性在24小时达到峰值，表明TX2通过激活防御酶系统增强植物抗病性。

3.5. TX2通过JA和SA途径诱导芋头对软腐病的抗性

激素检测显示，TX2-Pcc处理显著提高了茉莉酸(JA)、茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)和水杨酸(SA)含量。通过AlphaFold蛋白质结构数据库预测，发现Taro_024150、Taro_031796和Taro_037060分别与拟南芥PR1、欧芹PR2和拟南芥PDF1.2为同源基因。qRT-PCR验证表明，这些基因在TX2和病原菌共同处理下表达量显著上调，证实了TX2通过协同激活JA和SA信号通路诱导系统抗性。

研究讨论部分指出，PGPR通常通过诱导系统抗性(ISR)发挥作用，而JA和SA信号通路在传统认知中常表现为拮抗关系。然而本研究发现在TX2预处理下，芋头遭遇Pcc侵染时，JA和SA通路能够协同作用，共同激活防御基因表达，这为理解植物-微生物互作提供了新视角。这种协同作用可能与高浓度SA能够置换JA受体，从而促进JA响应基因表达有关，类似现象在拟南芥和本氏烟中均有报道。

该研究的重要意义在于首次揭示了贝莱斯芽孢杆菌TX2通过JA/SA双通路协同调控诱导芋头对软腐病系统抗性的分子机制，为开发基于根际微生物的绿色防控技术提供了理论依据和实践指导。研究人员提出的工作模型表明，TX2根灌既能通过分泌IAA促进芋头生长，又能在病原菌侵染时激活JA和SA防御通路，实现生长促进与抗病诱导的协同增效。

不过，研究也指出田间复杂环境因素(如土壤微生物群落结构、酶活性、温度等)可能影响TX2的生防效果，未来需进一步探索其在真实农田条件下的应用潜力。总体而言，这项研究为芋头软腐病的生物防治提供了有前景的菌种资源和理论支撑，对推动农业可持续发展具有重要意义。