2022年1月，浙江大学农学院植物与微生物生态化学研究组在国家自然科学基金委员会主办的国际权威学术期刊《Fundamental Research》上发表了题为“Reprogramming of phytopathogen transcriptome by a non-bactericidal pesticide residue alleviates its virulence in rice”的研究论文。研究鉴定了诱导穗枯病菌致病因子差异表达的水稻代谢信号分子ATT，揭示了ATT信号分子调控穗枯病菌致病力转录重编程从而增强水稻穗枯病抗性的新机制。
在与病原细菌的长期斗争中，植物进化出了复杂的防御策略以应对病原细菌的致病因子。天然免疫系统能够识别大分子致病因子（例如表面多糖、鞭毛蛋白、效应子等），触发PTI反应及ETI免疫，但对于小分子致病因子（例如小分子毒素）却难以发挥作用。前期研究发现，病原细菌小分子致病因子的表达可能受到植物局部代谢网络的影响，从而导致侵染程度上的差异（Matsumoto H., Nature Plants, 2021），但相关机制仍不清楚。因此，进一步深入认识病原菌小分子致病因子在植物上表达差异机制，对于有效防控细菌性病害具有重要意义。
针对上述科学问题，研究人员采集了浙江省6个不同地区的水稻病穗，解析了穗枯病菌小分子致病因子托酚酮（TR）在侵染部位的表达特征及关联的特征代谢物。代谢共存模式分析表明，噻唑类杀菌剂经水稻代谢转化后在局部积累产物ATT，其与TR表达的降低显著相关。ATT在痕量水平并无明显的杀菌活性，但能够显著抑制TR表达，表明其具有调控病原细菌致病力的信号分子特征。进一步利用TR调控系统互作体系、转录组分析和基因敲除，发现ATT信号分子通过干扰双组分系统（TCS）抑制群体感应系统介导的TR表达。SPR互作体系与分子对接等证据表明ATT对TroK跨膜结构域关键位点的直接靶向作用可能是引起HATPase_c结构域与ATP结合受阻的根本原因。更重要的是，风险评估试验发现ATT信号分子不仅具有极低的膳食风险，而且不影响水稻核心内生菌群的生长和繁殖，表现出较好的环境兼容性。
水稻作为第一大粮食作物，在保障我国粮食安全中发挥着重要作用。近年来，水稻细菌性病害发生面积逐年扩大，严重影响粮食安全生产。目前，化学杀菌剂仍是水稻病害防控的主要措施，但生产中的不合理和过量施用会导致严重的3R问题。该研究阐明了水稻局部代谢网络在水稻-病原菌互作中的生物学功能，探索和利用了靶向病原菌致病力的无杀菌毒性的信号分子。研究成果为农业生产中化学杀菌剂抗药性治理、化学与生防菌复配制剂研发提供了新途径，在水稻病害绿色防控技术中具有潜在的应用价值。
浙江大学农学院博士生Matsumoto Haruna为论文第一作者，王蒙岑教授为通讯作者，奥地利格拉茨工业大学Tomislav Cernava教授为共同通讯作者。浙江大学为第一及通讯单位。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江省自然科学基金等项目的资助。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.fmre.2021.12.012