研究背景
胡麻叶斑病是由腐体营养型病原真菌稻平脐蠕孢菌(Bipolaris oryzae，B. oryzae) 所引起的一种世界范围内常见水稻病害。历史上，胡麻叶斑病曾引起1943年孟加拉大饥荒，通常胡麻叶斑病每年在非洲和亚洲造成约4%的稻米产量损失。胡麻叶斑病的发生受复杂的环境因素调控，其中土壤养分缺乏和环境胁迫被广泛认为是引起水稻胡麻叶斑病爆发的主要因素。然而，养分缺乏导致水稻易感胡麻叶斑病的分子机理至今少有研究。
磷是植物生长发育所必需的大量元素之一，广泛参与核酸、磷脂、ATP等生命大分子的合成，在能量代谢、信号传导、光合作用以及酶活性调节等生物学过程中发挥重要调控作用。植物主要通过根系从土壤中吸收可溶性无机磷来满足自身生长需求，而土壤（如红壤）中有效磷的缺乏也是限制全球农业生产的主要营养因素之一。
本站消息 近日，学校植物保护学院抗病遗传与病原致病机制研究团队王莫课题组在国际著名植物学期刊Plant Physiology上发表了题为“Phytic acid accumulation by phosphorus acquisition contributes to rice defense against Bipolaris oryzae infection”的研究论文。该研究首次揭示了土壤磷供给通过促进水稻体内植酸（植物体内主要有机磷储存形式）的积累，进而增强水稻对胡麻叶斑病抗性的分子机制，并阐明了植酸具有直接抑制胡麻叶斑病菌生长和激活水稻免疫反应的双重防御功能。
近年来，水稻在我国西南地区新开垦稻田中的初始种植常伴有胡麻叶斑病发生（图1 a）。红壤在我国西南山区广泛分布，且普遍存在有效磷缺乏的特征。为探究低磷是否导致水稻易感胡麻叶斑病，该研究首先对水稻幼苗进行KH2PO4和KCl（钾对照）的供给处理，结果表明KH2PO4的供给可显著提高水稻株高（图1 b、c）、叶片植酸含量（图1 d）及对胡麻叶斑病菌的抗性（图1 e、f）。这表明土壤有效磷、水稻内源植酸含量和胡麻叶斑病抗病性之间存在正相关性。
利用 CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，该研究创制了植酸合成通路的关键调控基因OsITPK6的敲除突变体（图1 i）。Ositpk6突变体的内源植酸含量显著降低（图1 j），并呈现出种子萌发缓慢、植株矮化、抽穗期延迟、结实率下降、粒重减轻和稻米垩白加重等农艺性状缺陷，同时突变体下部叶片出现自发性细胞死亡（图1 k）。接种实验表明，Ositpk6突变体更感胡麻叶斑病（图1 l、m），且其几丁质诱导的胼胝质沉积和活性氧爆发水平均低于野生型。外源KH2PO4供给虽可缓解突变体上部叶片对胡麻叶斑病菌的易感性，却加重了下部叶片的细胞死亡，暗示着OsITPK6的敲除可能导致吸收的无机磷在水稻体内不能有效转化成植酸，进而引发磷毒害效应。
图1. 增加土壤中可吸收磷可以促进水稻植酸的生物合成，增强水稻对胡麻叶斑病的抗性。
该研究进一步发现，植酸可直接抑制胡麻叶斑病菌营养菌丝生长（图2 a–c）和分生孢子萌发（图2 e、f），且呈现剂量依赖效应。植酸处理后，胡麻叶斑病菌菌丝细胞出现膨大变形并最终破裂（图2 d）。外源植酸处理还可显著诱导水稻防御相关基因OsPR1a、OsPR5和OsPR10a的表达上调（图2 i），这说明植酸不仅能直接抑制胡麻叶斑病菌生长，还能激活水稻免疫反应。同时，该研究证明植酸可用于防控水稻胡麻叶斑病的发生（图2 j、k）。
图2. 植酸处理抑制胡麻叶斑病菌生长和孢子萌发并可诱导防御反应激活。
该研究还发现，胡麻叶斑病菌侵染可诱导水稻体内植酸含量增加（图1 g）。体外培养实验表明，适度提高无机磷的供给可促进胡麻叶斑病菌的生长。这些结果暗示，胡麻叶斑病菌在侵染过程中可夺取水稻细胞中的无机磷作为营养物质，而作为防御策略，水稻则加速体内无机磷向植酸的转化以限制胡麻叶斑病菌侵染。
综上所述，该研究解析了土壤磷供给通过促进水稻植酸合成而增强胡麻叶斑病抗性的调控机制，并揭示了植酸具有抑菌和激活水稻免疫抗性的双重防御功能，同时也为水稻胡麻斑病的绿色防控提供了新思路和理论依据。
该研究得到了国家自然科学基金项目（32460676）、云南省基础研究计划重点项目（202601AS070011）、云南省“兴滇英才”计划青年人才专项基金 （XDYC-QNRC-2023-0417）、云南省重大科技专项（202402AE090026）等项目的资助。云南农业大学在读硕士研究生袁青、科研助理李文燕和云南农业大学稻作研究所李娟副教授为该论文的共同第一作者；云南农业大学王莫教授和福建农业科学院水稻研究所朱永生副研究员为该论文的共同通讯作者。该研究方向得到云南农业大学朱有勇院士的指导，同时黄惠川教授团队对本研究也予以大力支持。
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