沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院薛春生教授團(tuán)隊(duì)綜述鐵在植物與病原菌互作機(jī)理中的研究進(jìn)展

鐵 (Fe) 是植物和病原菌生長發(fā)育所必需的微量元素。鐵在植物形態(tài)建成、基礎(chǔ)代謝以及免疫反應(yīng)中起著重要的作用。同時(shí)，鐵的有效供給也是病原菌致病力的必要條件。鐵元素決定著植物成功抵抗病原菌的入侵和病原菌克服寄主植物免疫反應(yīng)引發(fā)癥狀。鐵元素作為植物與病原菌互作過程中必須競爭的資源，導(dǎo)致雙方展開了一場“拉鋸戰(zhàn)”，在長期的“博弈”中進(jìn)化出多種策略阻止對方對鐵的有效利用從而占據(jù)主動權(quán)。一方面，植物調(diào)控鐵穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因，在細(xì)胞水平上重新分配鐵資源，誘導(dǎo)活性氧爆發(fā)或直接激活免疫反應(yīng)，從而限制病原菌的生長發(fā)育，稱之為植物鐵免疫。另一方面，鐵作為病原菌入侵寄主植物并成功定殖的必需元素，病原菌進(jìn)化出多種策略克服鐵營養(yǎng)免疫，完成入侵和擴(kuò)展。因此，鐵元素被視為貫穿于植物-病原菌互作過程且具多元作用的關(guān)鍵元素。

Phytopathology Research在線發(fā)表了沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)薛春生教授團(tuán)隊(duì)題為“The tug-of-war on iron
between plant and pathogen”的文章。該論文系統(tǒng)綜述了植物和病原菌鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制以及鐵在植物與病原菌互作過程中的復(fù)雜作用的研究進(jìn)展，主要包括：1）植物鐵元素獲取策略和鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制；2）病原菌鐵元素吸收途徑及鐵穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程；3）鐵元素參與調(diào)控植物免疫反應(yīng)的多重作用，系統(tǒng)闡述了鐵隔絕、局部鐵積累和缺鐵誘導(dǎo)抗性等三種植物鐵免疫機(jī)制（Fig. 1）；4）病原菌進(jìn)化出多種方式克服植物鐵免疫，包括直接從植物鐵儲存蛋白中獲取鐵元素、轉(zhuǎn)換鐵元素吸收方式適應(yīng)寄主植物的脅迫以及分泌效應(yīng)因子干擾寄主植物鐵穩(wěn)態(tài)等多種策略（Fig. 2）。此外，該論文還討論了病原菌胞外鐵載體對植物免疫的激活機(jī)制，有助于開發(fā)植物病害防控新策略；同時(shí)，在不影響植物產(chǎn)量的提前提下，利用基因工程手段改造植物鐵穩(wěn)態(tài)基因可提高植物的抗病性。該綜述為進(jìn)一步探究鐵元素在植物與病原菌互作過程中的作用機(jī)制提供了參考。

Figure 1 Iron-mediated plant immunity

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院已畢業(yè)博士生孫佳瑩為論文第一作者，肖淑芹副教授和薛春生教授為本文通訊作者。本研究得到了遼寧省科學(xué)研究計(jì)劃應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃（No. 2022JH2/101300168）資助。

Figure 2 Pathogens employ multiple mechanisms to overcome plant iron-regulated
immunity

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院薛春生教授團(tuán)隊(duì)圍繞鐵在植物病原真菌與玉米互作中的作用機(jī)理開展研究，重點(diǎn)挖掘寄主抗病調(diào)控基因和探索病原菌的致病機(jī)制，進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，為我國玉米病害綠色防控和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

Sun, J., Xiao, S. & Xue, C. The tug-of-war on iron between plant and pathogen. Phytopathol Res. 2023; 5: 61. https://doi.org/10.1186/s42483-023-00215-8