農業生産中為了減少各種病害帶來的重大損失，目前常用的經濟且環保的方法是選育作物抗病品種或利用抗病基因增加作物抗病性。但是，植物防禦病害能力與其正常生長發育為一對矛盾體，為了提高其抗病害能力，植物通常會以犧牲自己部分生長發育作為代價，将更多的能量轉移到防禦機制上。因此，平衡生長和防禦之間的矛盾是實現作物抗病增産的關鍵，其調控機制這一科學問題已成為當前研究的熱點和難點。在自然界中，植物生境中存在着多種微生物，可通過與植物發生相互作用調節作物生長與防禦間的平衡。截至今日，已發現一些具有此潛力的有益微生物，比如，内生假單胞菌（Pseudomonas）和生防木黴菌（Trichoderma）等。目前，這方面的研究雖然已經起步，但局限于非常有限的微生物種類，關于益生菌介導的抗病與生長平衡的調控機制研究則幾乎是空白。

2021年8月10日，美國微生物綜合頂級開源期刊mBio在線發表了來自2003网站太阳集团植物-微生物互作科研團隊題為“EndophyticStreptomyces hygroscopicusOsiSh-2-Mediated Balancing between Growth and Disease Resistance in Host Rice”的研究論文。該研究揭示了内生放線菌OsiSh-2與水稻形成共生體，誘導宿主水稻進入“防禦警備”狀态，增強抗病能力的同時參與調控生長與防禦相關代謝途徑的響應水平，從而維持水稻生長和防禦平衡的作用機制。

研究通過多年的大田實驗證實内生放線菌OsiSh-2具有突出的生防潛力，葉表噴施其孢子懸液可顯著降低水稻苗瘟和穗瘟的發病率，防效分别可達45.3%和61.0%。同時，在未感病和感病狀态下，經OsiSh-2處理的水稻相比對照組均有明顯的促生增産效果，且該過程依賴于OsiSh-2活體形式。進一步研究表明，OsiSh-2一方面能直接抑制稻瘟病菌生長，阻止其通過葉表入侵水稻；另一方面，在與水稻形成共生體後，能使水稻處于高效節能的防禦警備狀态，提高對病原菌的識别和響應能力，并維持水稻相對穩定的生長狀态；同時，OsiSh-2還能有效促進水稻葉綠體發育并提高光合作用效率，在維持感病時水稻的正常生長發育也具有突出作用。

本研究利用蛋白質組學研究技術結合轉錄水平分析在分子水平上确證了OsiSh-2參與水稻體内生長和防禦相關代謝通路的調控。感病後，對照組水稻體内大量蛋白被稻瘟病菌激活表達。生信分析結果表明，這些蛋白多聚類于能量供應或消耗相關的代謝途徑，如脂肪酸降解、糖酵解/糖異生、核糖體、内吞作用和雙萜類物質合成等。相比對照組，近80%的上述蛋白表達水平在OsiSh-2處理組中降低，表明OsiSh-2有效緩解了感病時水稻體内能量的急劇消耗，這對維持水稻正常生長發育是至關重要的。同時，OsiSh-2還有效降低了稻瘟病菌對水稻體内光合作用和氮代謝過程的抑制，以保證能量的不斷産生與供給，最終實現感病時生長與防禦之間的相互平衡。

圖1.内生放線菌OsiSh-2在田間可增強水稻抗稻瘟病能力并提高産量

圖2.内生放線菌OsiSh-2調控水稻生長和防禦平衡的作用模式圖

博士後高豔為本論文第一作者，朱詠華教授和劉選明教授為共同通訊作者。湖南亞華種業科學研究院和雜交水稻研究中心的楊遠柱研究員等也參與了本研究的部分工作。本研究得到國家自然科學基金、湖南省重點研發項目和湖南省重大科技專項等項目的資助。

2003网站太阳集团朱詠華教授研究組長期以植物内生菌（主要為放線菌）為研究對象，分離并篩選具有調控植物生長發育及抗逆能力的功能性内生菌，并研究其和與植物互作的分子機制，開發用于生物農藥、肥料的微生物資源和高活性代謝産物生産的新途徑。該團隊先後在Total of science environment、TheCropJournal、Biotechnology for Biofuels等國内外重要學術期刊上發表50多篇高水平研究論文，獲得授權專利5項。

論文鍊接： https://journals.asm.org/doi/10.1128/mBio.01566-21