水稻内生放线菌OsiSh-2诱导宿主类病斑的抗稻瘟病机制研究

Lesion mimic formation is a vital plant behavior associated with induced resistance. In our preliminary study, we successfully obtained a rice endophytic actinobacteria strain OsiSh-2, which exhibited remarkable control effects on rice blast disease. It induced the formation of lesions mimic on the rice leaves and caused resistance against rice blast. By far, there has been no report in regard of the endophytic biocontrol bacteria exhibit capacity of inducing the host resistant subsequent to the lesion mimic formation. Consequentially the working mechanism of this defense system remains unclear. In this project, from assay of the rice cell morphological, physiological and biochemical characters, proteome analysis of the rice protein expression profile and detection of the rice genes expression levels, we can confirm the association between the development of lesions mimic and the resulted disease-resistant effect on rice. We also aim to define the working form of OsiSh-2 as a plant disease resistance inducer. We can illustrate the rice defense responses trigged by OsiSh-2 and find out the induced resistance-depended signaling pathway. At last, we will reveal the induction mechanism of OsiSh-2 on rice lesion mimic formation and resistance improvement in different rice varieties. The results of this project will offer new scientific data for revealing the biocontrol mechanism of endophytic actinobacteria, and can lay a theoretic foundation for development of new biological pesticides.

类病斑是植物诱导性抗病反应的重要表现。申请者前期获得了一株高效抗稻瘟病的水稻内生放线菌OsiSh-2，能诱导水稻生成类病斑，并产生稻瘟病抗性。目前关于内生生防菌诱导宿主产生类病斑抗病性的相关研究未见报道，其作用机制尚不清楚。为此在前期基础上，通过水稻细胞形态学观察、生理生化特性分析、表达蛋白的蛋白质组分析和分子生物学指标检测等技术和方法，明确OsiSh-2诱导水稻类病斑产生与抗病效果的关联性及其作为诱抗剂的作用形式；揭示OsiSh-2激活水稻防御反应特征；解析OsiSh-2诱导水稻稻瘟病抗性的信号传递途径；阐明OsiSh-2诱导不同水稻品种类病斑生成和提高水稻抗稻瘟病能力的作用机制。研究结果将为内生放线菌生防机制研究提供新的科学依据，并为开发新生物农药奠定理论基础。

稻瘟病是世界范围内影响水稻产量的重要病害之一，严重影响全球粮食安全。为了保证粮食生产的绿色且可持续发展，利用微生物，尤其是与植物紧密相关的植物内生菌资源来提高宿主作物的抗病能力并保证其产量受到很大关注。但相比内生细菌和真菌，植物内生放线菌的研究则相对较少，故其高效抗病促生的作用机理仍不清楚。本课题以前期筛选出的1株能诱导水稻生成类病斑，并增强对稻瘟病抗性的水稻内生放线菌Streptomyces hygroscopicus OsiSh-2为研究对象，进一步深入开展其作用机制的研究。.1.多年大田实验确证，OsiSh-2处理使水稻在感染稻瘟病时抗病性及产量显著提高。苗瘟和穗瘟发病率降低，最高分别达45.3%和61.0%；苗期株高最高增加26.5%，水稻的产量损失率最高降低57.0%。.2.明确了OsiSh-2 108 孢子mL-1的施用量是诱导水稻产生类病斑并达到最佳抗病性的条件，证实抗病性依赖于OsiSh-2与水稻之间的相互作用，是一个活性调节过程。.3.阐明OsiSh-2诱导水稻类病斑生成可激活宿主体内水杨酸和茉莉酸信号途径参与，产生有益的免疫反应。这种免疫反应的激活使水稻进入防御警备状态，在稻瘟病菌侵染时快速且大量触发活性氧积累和胼胝质沉积，从而提高水稻抗病性。.4.探明了OsiSh-2活性成分直接体外拮抗稻瘟病菌的作用模式，同时也阐明了铁载体通过铁竞争抑制稻瘟病菌生长的作用机制。.5.首次提出内生菌能够参与宿主的生长-防御调节过程，并结合生理生化、分子生物学及蛋白质组学分析，阐明OsiSh-2可通过对水稻生长发育和免疫抗病之间资源消耗过程的精细调控，达到同时提高宿主抗病能力和促进生长发育的目的。.本课题的研究涉及植物-病原菌-植物内生菌三者之间复杂的相互作用，研究结果不仅为内生放线菌生防机制这一重要科学问题的研究提供新的资料，同时，为水稻生长和免疫抗病平衡调控新模式的研究提供借鉴材料，具有重要的科学价值，并为进一步开发新的生物制剂及水稻优化育种提供有效资源，具有很好的应用前景。