基于WRKY45启动子高通量筛选发现新型植物免疫 priming 化合物及其广谱抗病机制研究

《Advanced Agrochem》：Discovery of Novel Plant Immune-Priming Compounds Through WRKY45 Promoter-Based Chemical Screening

本研究针对传统农药抗性及环境风险问题，通过构建水稻WRKY45启动子-GUS报告系统，从80,232个化合物中筛选出5个新型植物免疫 priming 化合物（PIPC1-5）。这些化合物通过激活SA信号通路诱导免疫记忆，对稻瘟病、白叶枯病等多种病害展现广谱抗性，且不抑制病原菌生长，为可持续农业提供了新策略。

　　

在全球农业转向可持续发展的背景下，作物病害每年仍造成高达40%的产量损失，而传统农药的过度使用导致病原体抗性加剧和生态环境退化。植物免疫 priming 技术通过激活植物自身免疫系统，为作物保护提供了可持续的新途径。水稻转录因子WRKY45作为水杨酸（SA）信号通路的核心调控因子，成为发现新型植物免疫激活剂的理想靶标。

研究人员构建了包含WRKY45完整启动子区域（3,749 bp）的GUS报告系统，通过对80,232个化合物进行高通量筛选，最终获得5个具有免疫 priming 活性的新型化合物（PIPC1-5）。这些化合物在种子处理和叶面喷雾两种施用方式下均能显著增强水稻对稻瘟病的抗性，且对植物生长无负面影响。机制研究表明，PIPC1、PIPC3和PIPC4作用于SA合成下游，而PIPC2和PIPC5则依赖SA合成途径。

关键技术方法包括：WRKY45启动子-GUS报告系统构建、高通量化学筛选平台、病原菌接种实验（稻瘟病菌、白叶枯病菌等）、qPCR基因表达分析、NahG转基因植株验证SA信号通路依赖性。田间试验在山东、四川等地进行，涵盖水稻、辣椒、大白菜等多种作物。

3.1. WRKY45启动子的鉴定

通过比较不同长度的启动子片段，发现包含完整转录单元的3,749 bp片段（P_WRKY45）能精确反映SA和病原菌诱导的表达模式，而较短片段（P_WRKY45-S）则呈现组成型活性。该启动子在水稻愈伤组织和叶片中均显示严格的SA/BTH响应性。

3.2. WRKY45诱导化合物（WICs）的鉴定

通过两轮GUS染色筛选和三轮qPCR验证，从80,232个化合物中鉴定出23个WRKY45诱导化合物（WIC1-23），其诱导活性均不低于阳性对照BTH。

3.3. 植物免疫 priming 化合物（PIPCs）的鉴定

通过种子处理和叶面喷雾接种实验，发现WIC1、2、3、17和20（即PIPC1-5）能稳定诱导水稻对稻瘟病的抗性。这些化合物均含有芳香环结构，但不含传统植物激活剂常见的噻唑环。

3.4. PIPCs的抗真菌活性

所有PIPCs在20μM浓度下均未显示对稻瘟病菌的直接抑制作用，证实其通过激活宿主免疫发挥作用。

3.5. PIPCs对水稻生长的影响

种子处理不影响发芽率、生物量和农艺性状，田间试验显示PIPC1-3对分蘖数、千粒重等产量指标无负面影响。

3.6. PIPC诱导的广谱抗性

除稻瘟病外，PIPCs对水稻白叶枯病（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）、水稻稻曲病（Ustilaginoidea virens）、辣椒斑点萎蔫病（番茄斑萎病毒）和大白菜霜霉病（Hyaloperonospora brassicae）均表现出显著防治效果。其中PIPC1对稻曲病的防效显著优于BTH。

3.7. PIPCs的作用模式

种子 priming 处理使水稻在病原菌侵染后更快更强地激活WRKY45和OsNPR1基因表达。利用NahG转基因植株证实PIPC1、3、4不依赖SA合成途径，而PIPC2和5需要SA积累才能激活免疫反应。

该研究首次建立了基于WRKY45启动子的高通量筛选平台，发现的PIPCs具有新型化学骨架和广谱抗病活性。其通过建立免疫记忆的机制，为减少农药使用、实现可持续作物保护提供了新策略。未来需进一步研究PIPCs在整合病虫害治理（IPM）中的应用潜力及其对环境的影响。