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水稻稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）的休眠孢子（chlamydospore）萌发及根部定植的机制研究
作者及研究机构
本研究由Pan Xiayan、Yue Yang、Zhao Fengjuan等多名学者共同完成，主要研究机构包括江苏省农业科学院植物保护研究所、南京农业大学江苏省固体有机废弃物资源化利用重点实验室、南京农业大学植物保护学院以及美国普渡大学植物病理学系。该研究于2025年5月14日发表在《Cell Host & Microbe》期刊上。
学术背景
水稻稻曲病（Rice False Smut, RFS）是由子囊菌Ustilaginoidea virens引起的一种全球性水稻病害，近年来在许多水稻种植区呈现加重趋势。该病害不仅导致水稻减产，还会产生真菌毒素，危害人类和动物健康。尽管稻曲病的发生机制已有一定研究，但其休眠孢子在土壤中的萌发过程及其对病害发展的影响尚不明确。休眠孢子是U. virens在土壤中的主要越冬结构，但其萌发率极低，且在自然环境中萌发的机制尚未被揭示。因此，本研究旨在探究水稻根际微生物如何影响休眠孢子的萌发及病原菌的根部定植，从而为稻曲病的防控提供新的思路。
研究流程
1. 田间调查与数据分析
研究团队在江苏省的两个试验田（六合区和玄武区）进行了为期两年的田间调查，监测了不同水稻品种的稻曲病发病率。通过高通量测序和定量PCR（qPCR）技术，分析了土壤和根际微生物群落中U. virens的丰度。结果显示，六合区的稻曲病发病率显著高于玄武区，且土壤中U. virens的病原负荷也更高。
根际微生物群落分析
研究团队对高感病性（HS）和低感病性（LS）水稻品种的根际微生物群落进行了16S rRNA和18S rRNA基因测序，并结合宏基因组测序技术，鉴定了与稻曲病发生相关的微生物类群。结果显示，HS水稻品种的根际中富集了Sphingomonadaceae科的细菌。
Sphingomonadaceae细菌的分离与功能验证
从HS水稻品种的根际中分离出Sphingomonadaceae细菌，并通过体外实验验证了这些细菌对U. virens休眠孢子萌发的促进作用。研究发现，这些细菌通过分泌胞外多糖（Exopolysaccharides, EPS）打破休眠孢子的休眠状态，促进其萌发并形成菌丝，进而侵入水稻根部皮层。
EPS的提取与功能分析
研究团队提取了Sphingomonadaceae细菌分泌的EPS，并通过扫描电子显微镜（SEM）和高性能凝胶渗透色谱（HPGPC）分析了其结构和分子量。结果显示，EPS中的特定单糖成分（如葡萄糖醛酸和岩藻糖）在打破休眠孢子休眠中起关键作用。
田间化学防治实验
为验证根际病原菌定植对稻曲病发生的影响，研究团队在田间进行了化学防治实验，使用30%丙硫菌唑（prothioconazole）和20%噻唑锌（zinc thiazole）处理水稻根部。结果显示，化学处理显著降低了稻曲病的发病率和假球数量，提高了千粒重。
主要结果
1. 田间调查结果
六合区的稻曲病发病率显著高于玄武区，且土壤中U. virens的病原负荷也更高。qPCR分析显示，HS水稻品种的根际中U. virens的丰度显著高于LS品种。
根际微生物群落分析结果
HS水稻品种的根际中富集了Sphingomonadaceae科的细菌，这些细菌与稻曲病的发生呈正相关。
Sphingomonadaceae细菌的功能验证结果
分离出的Sphingomonadaceae细菌显著促进了U. virens休眠孢子的萌发，并通过分泌EPS打破其休眠状态。萌发的孢子形成菌丝，侵入水稻根部皮层。
EPS的功能分析结果
EPS中的特定单糖成分（如葡萄糖醛酸和岩藻糖）在打破休眠孢子休眠中起关键作用。SEM和HPGPC分析进一步揭示了EPS的结构特征。
田间化学防治实验结果
化学处理显著降低了稻曲病的发病率和假球数量，提高了千粒重，证明了根际病原菌定植对稻曲病发生的重要性。
结论
本研究揭示了水稻根际微生物在U. virens休眠孢子萌发及根部定植中的关键作用。Sphingomonadaceae细菌通过分泌EPS打破休眠孢子的休眠状态，促进其萌发并侵入水稻根部，最终导致稻曲病的发生。这一发现为稻曲病的防控提供了新的思路，即通过调控根际微生物群落或使用化学药剂减少病原菌的根际定植，从而有效控制病害。
研究亮点
1. 重要发现
本研究首次揭示了Sphingomonadaceae细菌通过分泌EPS打破U. virens休眠孢子的休眠状态，促进其萌发及根部定植的机制。
方法创新
研究团队结合了高通量测序、qPCR、SEM和HPGPC等多种技术，系统地分析了根际微生物群落及其功能。
应用价值
研究结果为稻曲病的防控提供了新的策略，即通过调控根际微生物群落或使用化学药剂减少病原菌的根际定植，从而有效控制病害。
其他有价值的内容
本研究还发现，U. virens通过根际定植后，菌丝可进一步扩散至水稻的地上部分，这为稻曲病的传播机制提供了新的见解。此外，研究团队开发的化学防治方法在田间实验中表现出显著的效果，具有较高的应用潜力。
以上报告详细介绍了该研究的背景、流程、结果及意义，旨在为相关领域的研究者提供全面的参考。