文章导读
当作物遭遇未知病原体侵袭，传统抗病基因可能瞬间失效——这正是全球农业面临的隐形危机。武汉大学团队刚刚在《细胞》子刊发表突破性研究：通过基因改造植物内生菌，创造出能主动预警的“微生物哨兵”。这些改造菌株能在感知病原体入侵信号时，精准激活植物免疫系统，成功在拟南芥和烟草中实现对细菌、真菌乃至内源有害菌的广谱抗性。更令人振奋的是，该策略不影响作物正常生长，在高温干旱环境下仍保持安全稳定。这项技术不仅破解了ETI免疫特异性过强的难题，更为创制“全能抗病作物”开辟全新路径。
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（通讯员高妍）近日，武汉大学高等研究院、杂交水稻全国重点实验室和湖北省洪山实验室教授胥国勇课题组在Cell Host & Microbe期刊上在线发表了题为“Genetically engineered plant endophytes broaden effector-triggered immunity”的研究论文。高等研究院博士生侯梦露为论文第一作者，胥国勇为通讯作者。
该研究提出了一种“内生菌哨兵”（Sentinels）策略，其核心在于利用“微生物群—宿主—病原物（Microbiota–Host–Pathogen）”这一生物三角关系，通过对植物内生菌进行遗传改造，使其能够在感知病原侵染所产生的活性氧信号时，诱导性表达宿主NLR可识别的效应因子。这种设计使哨兵菌株仅在病原入侵时启动效应因子表达，从而精准激活植物的ETI免疫系统，实现对多种细菌和真菌的广谱抗病。
抗病性（Disease resistance）与耐病性（Disease tolerance）是植物维持健康的两种重要免疫策略。在抗病免疫过程中，效应因子触发的免疫（Effector-triggered immunity, ETI）是关键机制之一。该机制依赖于植物NLR免疫受体对病原物效应因子的特异性识别，不仅能增强局部免疫反应，还可诱导系统抗性，从而为植物提供强有力的保护。因此，在作物抗病虫育种中具有重要应用价值。然而，ETI的激活具有高度特异性，严格依赖于植物NLR免疫受体与病原物效应因子之间的精确识别。一旦入侵的病原物不携带可被识别的效应因子，或原有可识别效应因子发生变异，植物便无法有效激活由NLR介导的ETI免疫反应。这一局限性也构成了当前NLR育种应用中的主要挑战。
该策略成功利用OxyR-ROS基因表达调控通路，精准控制哨兵菌株中效应因子的表达，并展现出良好的跨物种适用性与生物安全性。在拟南芥中，该体系成功激活了对细菌性病原、真菌性白粉病乃至内源有害菌的免疫防御；在烟草中，同样有效诱导了对细菌性病原的抗性。同时，哨兵菌株能够在植物体内稳定定殖，且不影响植株正常生长，即使在干旱、高温等逆境条件下仍保持较高的安全性。“内生菌哨兵”策略以植物内生菌为底盘，为在不同作物中构建广谱、持久的抗病体系提供了新思路。未来研究将重点围绕两方面展开：一是优化底盘菌株的定殖能力、信号感知灵敏度及蛋白递送效率；二是系统评估其生态安全性，并将该策略拓展至更多作物，以验证其对不同病原威胁的普适性。此外，由于携带某些NLR基因本身对作物生长存在一定负面影响，该策略也为实现“One sensor NLR”作物的创制提供了潜在的解决方案。
该工作得到了农业生物育种重大项目、湖北洪山实验室重大项目和国家自然科学基金委的资助。清华大学刘玉乐教授、武汉大学谢志雄教授和福建农林大学唐定中教授提供了相关实验材料。
论文链接：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(25)00392-0
（供图：高等研究院 编辑：相茹）
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