植物内生菌与植物形成共生体，在长期协同进化的过程中已逐渐进化出一套针对病原菌的多重防御体系。内生菌可通过产生活性代谢产物激发宿主植物的免疫防御系统，从而保护宿主植物免受病原体的侵染。最近研究发现，病原菌在入侵植物组织过程中，为了克服植物细胞壁的障碍，病原微生物会分泌大量的细胞壁水解酶（果胶酶、聚半乳糖醛酸酶、葡聚糖酶、纤维素酶和木聚糖酶等）来降解植物细胞壁中的多糖组分，并通过释放细胞壁碎片或寡糖分子作为损伤相关模式分子（Damage-associatedmolecular patterns, DAMPs）来激活植物免疫反应。然而，关于植物内生菌分泌的水解酶，特别是α-甘露糖苷酶，在植物免疫激活并增强宿主抗病性的分子机制尚未报道。

2023年4月18日，湖南大学朱咏华教授团队在中科院一区TOP期刊Microbiology Spectrum (IF: 9.043)发表题为“The Rice Endophyte-Derived α-Mannosidase ShAM1 Degrades HostCell Walls To Activate DAMP-Triggered Immunity against Disease”的研究论文。该研究首次证实了内生菌来源的α-甘露糖苷酶可通过降解宿主水稻细胞壁释放低聚糖作为DAMPs来激活宿主的免疫反应，从而增强宿主水稻抵抗稻瘟病的能力。

该研究针对前期筛选出的一株能显著提高水稻抗病能力的水稻内生放线菌Streptomyces hygcrscopicusOsiSh-2，采用离子交换层析、分子凝胶层析和蛋白质生物质谱等方法，从OsiSh-2发酵液中分离并获得一种蛋白激发子ShAM1，能够诱导多种植物产生典型的过敏反应。进一步研究表明，ShAM1可以激活宿主水稻内一系列的免疫反应，如MAPKs蛋白磷酸化级联反应、ROS迸发、胼胝质的沉积和免疫相关基因的表达。ShAM1诱导水稻处于“防御警备状态”，进而帮助水稻增强对稻瘟病菌的识别能力与免疫响应能力，并启动JA/ET信号通路中的防御相关基因的表达，有效地提高了宿主水稻的抗病能力。对ShAM1介导宿主免疫的作用模式进行研究发现，ShAM1具有α-甘露糖苷酶活性，且依赖于其糖苷水解酶的活性来降解水稻细胞壁释放低聚糖，低聚糖作为DAMPs调控宿主水稻的免疫抗病性。综上所述，内生菌OsiSh-2能通过分泌α-甘露糖苷酶ShAM1降解水稻细胞壁，释放低聚糖类的DAMPs来激活宿主水稻的免疫活性并增强其抗稻瘟病的能力。这一发现为内生菌-宿主植物的相互作用机理提供了理论基础，同时为开发新型生物农药和水稻抗病性提供了有益的资源。

图1ShAM1激发宿主水稻抗病性的机制模式图。

湖南大学生物学院博士卜志刚和硕士李玮为本论文的共同第一作者，湖南大学生物学院朱咏华教授和刘选明教授为本论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、湖南省重点研发计划等项目的资助。

湖南大学生物学院朱咏华教授团队长期以植物内生菌（主要为放线菌）为研究对象，分离并筛选具有调控植物生长发育及抗逆能力的功能性内生菌，并研究其与植物互作的分子机制，开发用于生物农药、肥料的微生物资源和高活性代谢产物的生产新途径，主持多项国家自然科学基金和湖南省科技厅重点项目。该团队先后在mBio、Journal of Cleaner Production、Science of the Total Environment、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Biotechnology for Biofuels、TheCropJournal等权威学术期刊上发表50余篇高水平研究论文，获得国家授权发明专利8项。

此论文链接：https://doi.org/10.1128/spectrum.04824-22