中圖分類號： 5435.111.4⁺1 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）11-0105-06

稻瘟病是影響我國水稻生產(chǎn)的重要真菌病害之一，據(jù)統(tǒng)計，每年我國由于稻瘟病菌侵染造成的水稻產(chǎn)量損失可達50萬t以上[]。當前，化學農(nóng)藥的使用對環(huán)境造成了污染，對動植物的生存造成了潛在威脅。因此，選育和種植抗病品種是防治病害的最經(jīng)濟有效的措施之一。利用CRISPR/Cas9技術獲得的Pi21和Bsr-d1功能缺失水稻突變體，增強了對稻瘟病菌的抗性[2]。通過篩選在沙融山羊草（Aegilopssharonensis）和高大山羊草（Aegilopslongissima）中鑒定的 Yr87/Lr85 能夠同時提高小麥對葉銹病和條銹病的抗性[3]。當前，已鑒定出大量R基因用于作物抗病，包括 Xa2I，Xa23，Pia，Pik 等[4-7]。大量的相關研究集中在水稻抗產(chǎn)平衡上。例如，Qiu等通過大量篩選鑒定到一個延緩衰老的激活突變體 desI-D ，其在籽粒成熟后期葉片明顯持綠，不僅增加了單株產(chǎn)量，同時也對稻瘟病和白葉枯病的抗性明顯增強[8]。在水稻中鑒定的理想株型基因 1（IPAI） ，在稻瘟病菌侵染時，會被磷酸化，與病原體防御基因WRKY45的啟動子結(jié)合，激活其表達，從而增強抗病性；但在感染后 ^48h 內(nèi)， IPAI 會恢復到非磷酸化狀態(tài)，恢復支持高產(chǎn)所需的生長[

激素在植物的生長發(fā)育和逆境響應中發(fā)揮著重要作用。植物激素在植物組織中充當信使傳遞信息并協(xié)調(diào)整個生物體的反應[10]。尤其是在植物免疫方面，植物激素是植物免疫力的中央調(diào)節(jié)因子[1]。研究最多的2種防御激素是茉莉酸（JA）和水楊酸（SA）。PTI和ETI免疫是植物中的2道關鍵防御途徑，已有研究表明PTI和ETI都可以提高水楊酸的生物合成，進而介導系統(tǒng)獲得性抗性（SAR）[12]。OsWRKYI3通過該介導水楊酸和茉莉酸通路及下游基因的表達賦予水稻對稻瘟病菌和白葉枯菌的抗病性[13]。除這2種激素外，其余激素也在植物免疫中發(fā)揮作用。例如，外源IAA處理可增加獼猴桃超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等的活性，進而抑制灰霉病的侵染[14]；在小麥中發(fā)現(xiàn)，過表達TaASR2L、TaSR30可以促進ABA積累和抗性相關基因的表達，從而增強小麥對Pst的抗性，外施ABA能增強小麥對條銹菌的抗性[15]

激素在植物的生長和發(fā)育中發(fā)揮重要的作用，因此，探究水稻早期響應稻瘟病菌侵染的激素變化，對于挖掘抗產(chǎn)平衡相關基因具有重要意義。在本研究中，通過對稻瘟病菌侵染水稻早期的不同激素含量進行分析，利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對激素的生物合成通路和信號轉(zhuǎn)導通路進行挖掘，為激素在植物病原菌早期互作研究提供參考，為水稻抗病育種提供研究基礎。

1材料與方法

1.1 水稻的種植和培養(yǎng)

本研究所選取的水稻品種為C039，在2023年5月3日種植于江蘇徐州生物技術學院人工氣候溫室中，使用正常的稻田泥土放置于溫室中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件：光一暗周期為 ，溫度為 28^°C 。選用的稻瘟病菌菌株為Guy11，培養(yǎng)條件： 28°C 避光條件下，使用燕麥番茄（OTA）培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。

1.2激素含量分析

使用代謝組方法對樣品中的激素含量進行分析。代謝組樣品分別為稻瘟病菌侵染水稻27、 ^72h 的水稻葉片。稻瘟病菌接種方法參考Bi等的研究方法[16]。首先將培養(yǎng)7d左右的稻瘟病菌進行孢子收集，在平板中加入 1mL 的無菌水，使用移液器吹打，將孢子從菌絲中釋放出來。使用2層擦鏡紙進行過濾，隨即得到稻瘟病菌的孢子懸浮液，將稻瘟病菌的孢子懸浮液濃度調(diào)至 1×10⁵CFU/mL ，使用噴霧器將孢子液均勻噴灑至生長3周齡的水稻幼苗的葉片上。分別在接種27、72h時收集水稻葉片，將葉片置于液氮中保存，代謝組委托武漢邁維代謝生物科技股份有限公司進行測定及激素含量分析。

1.3轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析

下載稻瘟病菌侵染水稻0、18、27、36、45、72h的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，項目編號為PRJNA179498。首先使用eggNOG - Mapper[17]（http：//eggnog - mapper.embl.de/）數(shù)據(jù)庫對水稻全基因組蛋白質(zhì)進行功能預測，使用KEGG對水稻基因組的功能進行注釋[18]，通過 map04075 和 map01070 對水稻響應稻瘟病菌侵染的激素相關基因進行篩選。

1.4MapMan激素通路分析

將水稻的蛋白質(zhì)序列文件提交到Mercator[19]數(shù)據(jù)庫進行功能預測。隨后將水稻響應稻瘟病菌侵染的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)提交到MapMan[20]進行功能分析并進行可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1水稻響應稻瘟病菌侵染的激素含量分析為了分析水稻響應稻瘟病菌侵染早期的激素水平變化，使用代謝組檢測了稻瘟病菌侵染水稻27、72h 的激素水平變化，包括生長素（auxin，IAA）、赤霉素（gibberellin，GA）、水楊酸（salicylicacid，SA）脫落酸（abscisicacid，ABA）、茉莉酸（jasmonicacid，JA）和茉莉酸甲酯（methyljasmonate，MeJA）（圖1）。檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水楊酸、脫落酸、茉莉酸和茉莉酸甲酯在稻瘟病菌侵染水稻后含量增加，其中水楊酸含量在 ^27，72h 的相對含量約為 2.1×10⁷ 、2.3×10⁷ ，分別約為野生型的1.4、1.5倍，對照組的相對含量僅為 1.5×10⁷ 。茉莉酸和茉莉酸甲酯在稻瘟菌侵染后含量顯著上升，在 27h 時，茉莉酸、茉莉酸甲酯相對含量分別約為對照組的1.6、4.9倍，^72h 時分別約為對照組的4.9、9.4倍。生長素和赤霉素僅在接種 72h 時大量積累，相對含量分別約為對照組的2.4、1.8倍。

2.2水稻響應稻瘟病菌侵染的激素相關基因鑒定

利用轉(zhuǎn)錄組對水稻響應稻瘟病菌侵染的激素相關基因進行分析。利用MapMan對生物響應途徑進行分析后發(fā)現(xiàn)，SA、IAA和ABA等激素在生物響應通路中被注釋（圖2）。隨后利用KEGG數(shù)據(jù)庫對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的激素生物合成和激素信號轉(zhuǎn)導相關基因進行篩選。總共鑒定到49個激素生物合成和39個激素信號轉(zhuǎn)導相關基因，其中生物合成通路中JA相關基因數(shù)量最多，為12個，約占總數(shù)的24.49% ，其次是IAA數(shù)量為8個，約占總數(shù)的16.33% ；信號轉(zhuǎn)導通路中，乙烯和油菜素內(nèi)酯的基因數(shù)量較多，均為7個，約占總數(shù)的 17.95% （圖3-A、圖3-B）。對水稻響應稻瘟病菌的激素相關基因進行表達模式分析，結(jié)果（圖3-C、圖3-D）發(fā)現(xiàn)，在水稻受到稻瘟病菌侵染后，激素生物合成基因相較于對照組表達量顯著增加，約有38個激素生物合成和17個激素信號響應相關基因表達量上調(diào)表達，激素生物合成和信號轉(zhuǎn)導的上調(diào)相關基因主要集中在侵染 18、27、72h 。其中，水楊酸在侵染^18h 時相關基因表達量增加，而茉莉酸整個侵染過程表達量均持續(xù)上升，尤其是在侵染 ^72h ω_s02gO2I8700 編碼的丙二烯氧化物合酶（AOS）基因約為對照組的193倍。該結(jié)果表明，激素在水稻響應稻瘟病菌侵染早期發(fā)揮重要作用，其中水楊酸在早期響應較早。

2.3茉莉酸和生長素生物合成基因鑒定

通過植物激素含量分析和轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，JA和IAA在水稻響應稻瘟病菌侵染中顯著積累。對JA和IAA的生物合成通路基因進行詳細分析鑒定發(fā)現(xiàn)，參與JA合成的1個脂氧化酶（LOX）基因（Os03t0179900）2個丙二烯氧化物合酶（A0S）基因（ OsO3gO225900 和 ?s?2g02I8700） 、1個丙二烯氧化物環(huán)化酶（A0C）基因（Os03g0438100）、2個12-氧代植物二烯酸還原酶（OPR）基因（Os06g0215900和 ω_s02g0559400 和3個乙酰輔酶A氧化酶基因（Os06g0354500、0s06g0103500 和 0s11g0605500）在稻瘟病菌侵染后表達量上升（圖4-A）。同時鑒定到4個 AUX 基因（Os01g0856500、Os03g0244600、Osl0g0147400和Os11g0169200）、2個YUC基因（ OsOIgO273800 和Os01g0770200）、1個CYP79B2基因（ OsO9gO440300 ）和1個NIT1基因（Os02g0635000）在稻瘟病菌侵染后表達量增加（圖4-B）。該結(jié)果表明，茉莉酸和生長素在水稻受到稻瘟病菌侵染后均被誘導，相關生物合成基因表達量持續(xù)增加。

2.4茉莉酸和生長素信號轉(zhuǎn)導基因鑒定

對水稻響應稻瘟病菌侵染的茉莉酸和生長素的信號轉(zhuǎn)導進行分析（圖5-A、圖5-B），在水稻的茉莉酸信號轉(zhuǎn)導通路中鑒定到1個F-box蛋白COI1（Os01g0853400）、1個JAZ（Os03g0180800）和1個MYC2（Os10g0575000）在受到稻瘟病菌侵染后表達量增加（圖5-A）。在水稻的生長素信號轉(zhuǎn)導通路中鑒定到1個AUX1基因（Os01g0856500）、1個TIR1基因（Os05g0150500）、1 個 AUX/IAA（Os01g0178500）、1個ARF（ OsOIgO236300 ）1個GH3（Os01g0221100）和1個SAUR（Os01g0924966）基因在受到稻瘟病菌侵染后表達量增加（圖5-B）。該結(jié)果表明，水稻響應稻瘟病菌侵染后茉莉酸和生長素信號途徑被激活。

3討論與結(jié)論

植物內(nèi)源激素的動態(tài)變化在植物與病原體的相互作用中起著重要作用?？共〖に胤肿铀畻钏岷蛙岳蛩嵋言谥参锟共№憫斜粡V泛研究。水楊酸

在抗真菌、細菌、卵菌和病毒中均有被報到[21-24] 。本研究分析水稻響應稻瘟病菌侵染的激素動態(tài)變化發(fā)現(xiàn)，在稻瘟病菌侵染后，水楊酸、茉莉酸和生長素相關基因表達被誘導，其中茉莉酸和生長素信號轉(zhuǎn)導通路基因在早期也上調(diào)表達。Fan等在不同品種的柿子上接種炭疽菌后，枝條中的水楊酸含量顯著增加，發(fā)現(xiàn)水楊酸在抗病品種的早期反應中起作用[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，茉莉酸和生長素在稻瘟病菌侵染初期基因表達水平相較于未接種時也顯著增加。茉莉酸合成途徑中的脂氧化酶（LOX）、丙二烯氧化物合酶（AOS）、丙二烯氧化物環(huán)化酶（AOC）、12-氧代植物二烯酸還原酶（OPR）和乙酰輔酶A氧化酶基因在稻瘟病菌侵染后表達量上升，生長素生物合成途徑主要以吲哚乙酰胺途徑和吲哚乙醛肟途徑為主。Hao等在黃花胡椒抗辣椒疫霉菌的研究中，利用轉(zhuǎn)錄組和代謝組均在早期檢測出茉莉酸合成途徑被誘導[26]。同時茉莉酸也被報道在水稻抗條紋病毒的早期響應中發(fā)揮重要作用，研究發(fā)現(xiàn)感染了水稻條紋病毒（RSV）的水稻中茉莉酸的含量大約是對照組的30倍，轉(zhuǎn)錄組測序也發(fā)現(xiàn)差異表達的基因在JA反應的生物學過程中富集[27]

同時，本研究也發(fā)現(xiàn)生長素含量在水稻響應稻瘟病菌侵染過程中被激活。生長素被報道廣泛參與組織分化、器官發(fā)生、形態(tài)建成、向性反應和頂端優(yōu)勢等生理過程[28]。同時，生長素在植物響應非生物脅迫和生物脅迫中的功能也被發(fā)現(xiàn)。在棉花中，敲除生長素GhGH3-5會降低超氧化物歧化酶含量，并降低棉花對干旱和鹽脅迫的耐受性[29]。在水稻中，過表達OsIAA6 基因可提高耐旱性[30]。同時，生長素也被報道在植物免疫中發(fā)揮重要作用。但生長素在植物免疫中功能較為復雜，既與抗病有關，又能促進病原菌侵染。例如，在玉米和玉米黑粉菌（Ustilagomaydis）的研究中發(fā)現(xiàn)，效應蛋白Nkd1可與生長素信號的轉(zhuǎn)錄共抑制因子TPL/TPRs結(jié)合并阻止其招募植物的轉(zhuǎn)錄抑制因子，從而釋放生長素信號，加劇病原菌對植物的感染[31]。但在蘋果與蘋果炭疽葉枯病菌的研究中發(fā)現(xiàn)，過表達生長素/吲哚-3-乙酸基因MdIAA24能提高蘋果抗炭疽葉枯病能力。在水稻與矮縮病毒（ricedwarfvirus，簡稱RDV）的互作中也發(fā)現(xiàn)，水稻在感染RDV時積累了更多的生長素，外源生長素處理提高了水稻對RDV感染的耐受性。外源生長素處理降低了OsIAA10蛋白水平，從而釋放出一組與OsIAA10相互作用的OsARF，介導下游的抗病毒反應[32]。本研究發(fā)現(xiàn)生長素和茉莉酸基因在稻瘟病菌侵染時含量和相關基因均增加，分析生長素可能在水稻早期響應稻瘟病菌侵染過程中發(fā)揮積極作用。

本研究通過激素含量分析和相關基因表達鑒定發(fā)現(xiàn)，在水稻響應稻瘟病菌侵染早期，茉莉酸、生長素和水楊酸等均呈誘導表達的特征。激素間的相互串擾共同調(diào)控了水稻的早期響應，但具體的分子機制尚不明確，仍需進一步研究。本研究對激素在水稻早期響應稻瘟病菌中的動態(tài)變化進行了分析，為改良水稻抗病性提供了理論依據(jù)。

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