Nature Plants | 南京农大揭示水稻根系分泌十七烷酸,招募益生菌抵御稻瘟病

2026年4月28日，Nature Plants杂志在线发表了来自南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣院士团队题为“Rice roots recruit Bacillus via the secretion of heptadecanoic acid”的研究论文。该研究首次完整揭示了水稻在遭受稻瘟病菌侵染时，通过叶片激活MAPK信号通路，进而调控根部合成并分泌十七烷酸，从而特异性招募根际益生芽孢杆菌来增强自身抗病性的分子机制。这一发现阐明了植物地上部免疫识别与根际微生物组重塑之间的长距离信号传导通路，为理解植物主动防御策略提供了关键的理论基础，对开发绿色、可持续的作物病害防控新策略具有重大意义。

此外，Nature Plants编辑高度评价：“这项研究为工程化微生物组增强型作物提供了新靶点。”作者团队也表示，未来将进一步解析该类脂肪酸调控芽孢杆菌定殖的精细机制，并探索其他作物中是否也存在类似的“化学信号语言”。

稻瘟病是由稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的一种毁灭性叶部真菌病害，每年导致全球水稻产量损失高达30%，严重威胁粮食安全。近年来的研究发现，植物并非被动受害，而是能够主动重塑根际微生物组，通过根系分泌物招募有益微生物作为防御措施。然而，叶片发病的信号如何传递到根部、植物通过何种遗传途径调控根系分泌物来构建保护性微生物组，一直是未解之谜。本研究正是基于这一背景，综合运用田间调查、多组学分析、遗传学及微生物学手段，系统解析了水稻从感知病害到动员根际益生菌的全过程。

该研究首先通过大田调查发现，在稻瘟病严重发生的田块中，幸存水稻植株的根际芽孢杆菌（Bacillus）丰度比发病植株显著提高60%~102%。接着，该研究对接种稻瘟病菌的水稻进行转录组与根际微生物组联合分析，发现MAPK信号通路基因显著上调，且OsMKK4和OsMPK6的表达水平与芽孢杆菌丰度呈强正相关。

进一步，通过构建OsMKK4和OsMPK6功能缺失突变体，发现根际芽孢杆菌丰度分别下降82%和79%，证明OsMKK4-OsMPK6模块正调控芽孢杆菌的招募。然后，通过构建组成型激活的OsMKK4转基因植株并结合转录组比较，鉴定出下游WRKY转录因子OsWRKY24/53/70。OsWRKY24/53/70三突变体同样导致芽孢杆菌丰度减少74%，且根际分泌物中十七烷酸和棕榈酸含量显著降低。

进一步研究发现，OsWRKY24/53/70可直接结合并激活OsKCS2基因的启动子；而OsKCS2编码脂肪酸延伸的关键限速酶，其突变体根际芽孢杆菌丰度也下降67%，十七烷酸分泌也显著减少。最终，通过土壤添加实验证实，外源十七烷酸能特异性将芽孢杆菌丰度提升7.5倍，并显著增强水稻对稻瘟病的抗性。综上所述，该研究阐明了水稻通过“OsMKK4-OsMPK6-OsWRKY24/53/70-OsKCS2”信号级联调控根部十七烷酸的合成与分泌，从而精准招募有益芽孢杆菌、提升自身免疫力的完整分子通路。

本研究不仅从基础理论层面解析了植物如何利用自身免疫信号通路主动塑造根际保护性微生物组，为植物-微生物互作领域填补了关键的知识空白，而且具有广阔的应用前景。一方面，十七烷酸可作为新型土壤调理剂或生物刺激素，直接施用于田间以富集益生芽孢杆菌，增强水稻对稻瘟病的自然抗性，从而减少化学农药的使用，降低环境风险。另一方面，该研究中鉴定的OsKCS2及相关转录因子等关键基因，可作为分子育种靶点，通过基因编辑或标记辅助选择培育出根系分泌十七烷酸能力更强的水稻品种，实现“自我招募”益生菌的绿色抗病性状。这一策略不仅适用于水稻，也可能为小麦、玉米等其他作物的病害防控提供全新思路，有力推动可持续农业的发展。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02268-x

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