外源性花生四烯酸对玉米抗白叶病能力的诱导效应

《BMC Plant Biology》：Induction effect of exogenous arachidonic acid on resistance to white leaf spot in maize

亚油酸诱导玉米白叶斑病系统性抗性机制研究，发现15μM ARA通过维持光合器官功能、激活苯丙氨酸代谢通路及增强防御酶活性（PAL/CHI/POD/LAC），促进木质素、coumarin等抗性物质积累，缓解膜脂过氧化损伤，其作用机制可能与水杨酸信号通路激活相关。

　　

摘要

背景

玉米白叶病（WLS）严重威胁着玉米的产量和品质。风险评估表明，它可能成为中国最严重的玉米病害之一。外源性花生四烯酸（ARA）为提高作物抗逆性提供了一种新的策略。本研究旨在探讨ARA在诱导玉米对WLS抗性方面的作用和机制。

结果

研究发现，15 μM的ARA能有效诱导玉米对WLS的系统性抗性。这种抗性表现为多层次的协同防御反应。ARA处理通过维持受感染叶片的光合面积、最大光化学效率及光保护能力（NPQ），保护了叶片的光合性能，从而确保了能量和碳骨架的供应。此外，ARA处理显著增强了苯丙氨酸代谢途径，提高了关键防御酶的活性，包括苯丙氨酸氨解酶（PAL）、几丁质酶（CHI）、过氧化物酶（POD）和漆酶（LAC）。这促进了与抗病性相关的化合物（如木质素、香豆素和黄酮类）的积累，从而增强了物理和化学屏障。同时，ARA处理减少了膜脂质过氧化产物丙二醛（MDA）的积累以及还原糖的含量，表明细胞氧化损伤得到缓解，碳代谢平衡得到改善。代谢组学分析进一步证实了苯丙氨酸代谢的关键作用。

结论

本研究表明，外源性ARA的应用不仅仅触发单一的防御反应，而是启动了一个综合的抗病机制，协调了光合保护、细胞壁强化以及抗菌化合物的积累等多个过程。根据实验结果，我们推测这种系统性的抗性增强可能与水杨酸信号通路的激活密切相关。这些发现不仅为将ARA作为环保型植物抗性诱导剂来控制WLS提供了理论基础，还为理解内源性信号网络如何整合多重防御机制提供了新的生物学见解，有助于推动可持续农业的发展。