科学通报 | 西北农林科技大学单卫星教授团队综述有益微生物在植物广谱抗病中的研究与前景展望

近日，西北农林科技大学单卫星教授团队在《科学通报》生物与信息技术赋能现代农业绿色发展专辑发表了题为“有益微生物在植物广谱抗病中的研究与前景展望”的综述文章，系统总结了植物有益微生物通过效应蛋白调控植物免疫、增强广谱抗性的最新研究进展，重点关注了效应蛋白与植物靶标蛋白的识别机制与免疫信号激活，以及效应蛋白在促进共生关系建立和抗病防御中的双重功能，旨在为发掘新型广谱抗性基因资源、优化有益微生物筛选策略以及培育持久抗病作物新品种提供理论依据与技术路径。该综述深入探讨了效应蛋白作为分子探针用于高效菌株筛选和免疫枢纽蛋白鉴定的潜力，并对如何将基础研究成果转化为田间可用的绿色防控方案提出了前瞻性思考，对推动作物病害可持续治理和农业绿色生产具有重要参考价值。

植物病害严重威胁全球粮食安全与农业可持续发展。传统抗病育种面临广谱抗性基因匮乏、抗性易丧失等瓶颈，过量使用化学农药则引发环境与健康风险。利用定殖于植物根际或体内的有益微生物激发植物广谱抗性，正成为病害绿色防控的重要研究方向。文章系统总结了有益微生物增强植物抗病性的多重协同机制（图1）。一方面，有益微生物可通过寄生（如木霉菌分泌几丁质酶直接侵入并瓦解病原菌丝）、竞争（如荧光假单胞菌分泌铁载体抢占根际铁营养，形成空间屏障）和抗生（如芽孢杆菌、链霉菌产生抗生素、脂肽及挥发性有机物直接杀伤病原体）机制直接抑制病原物定殖。另一方面，有益微生物能激发植物的诱导系统抗性（induced systemic resistance, ISR），通过茉莉酸（JA）、乙烯（ET）等信号通路使未侵染组织同样进入防御状态；同时还可合成生长素等激素或改善养分吸收，从生理基础上增强植物长势，从而提升其抗病耐逆特性。

图1 有益微生物激活植物抗病的机制

在多样的互作机制中，有益微生物分泌的效应蛋白发挥了关键的分子调控功能。与病原菌庞大且高度特化的效应蛋白库不同，有益真菌的效应蛋白呈现“数量精简、序列保守、功能重定向”的特征，使其成功逃避植物识别，快速与宿主达成共生关系，同时降低其致病力，使宿主保持健康状态。例如，印度梨形孢效应蛋白FGB1能抑制β-葡聚糖诱发的活性氧爆发，帮助真菌规避宿主免疫监视；效应蛋白SiE5‘NT通过水解胞外ATP产生脱氧腺苷，阻断宿主过度的防御信号。更为重要的是，部分效应蛋白不仅能调控植物的激素信号网络，且能通过靶向寄主蛋白，调控植物免疫：如，印度梨形孢核心效应蛋白SIE141可通过靶向植物保守的硫氧还蛋白CDSP32，增强其酶活性，促使水杨酸通路关键调控因子NPR1解聚进入细胞核激活下游免疫基因表达，同时使CDSP32从原先的叶绿体向细胞核重定位，持续激活植物免疫，进而显著提升植物对疫霉的抗性。

基于以上综述的有益微生物-植物互作分子机制的近期研究进展，文章提出了三条基于有益微生物的创新应用路径（图2）。其一，以已知功能显著的效应蛋白为分子探针，高通量筛选能强烈激活植物免疫的有益菌株，目前已有报道成功从芜菁内生菌中发掘出可同时启动水杨酸与茉莉酸/乙烯通路的广谱抗病细菌。其二，直接开发有益微生物源抗菌物质，如印度梨形孢及其近缘种共有的GH18-CBM5几丁质酶能直接降解病原真菌细胞壁，具备开发为生物农药的潜力。其三，利用有益真菌效应蛋白发掘植物免疫新基因：鉴于多种病原菌效应蛋白常集中攻击少数枢纽蛋白，通过分析这些关键蛋白的免疫调控机制，可为基因编辑创制广谱抗病新种质提供新靶点。

图2 有益微生物的应用

本综述不仅系统阐述了以往研究的有益微生物与植物互作的具体分子机制，进一步针对近年来高速发展的有益微生物效应蛋白相关研究进行了整体总结，并提出了基于以上研究进展的有益微生物三个主要应用方面。未来随着宏基因组学、合成微生物群落与精准基因编辑等技术的深度整合，将有望高效挖掘有益微生物及其相关的抗病基因资源，推动工程化菌剂与抗病育种协同发展，为构建低投入、高抗性、环境友好的可持续农业体系提供坚实科技支撑。

该综述通讯作者为西北农林科技大学农学院单卫星教授，团队长期从事作物与微生物互作研究，在植物免疫调控与抗病育种领域取得多项原创性成果。第一作者为博士后张颖琪，共同作者包括孟玉玲副教授和博士生张雨、杨子然。本研究得到深圳市科技重大专项（可持续发展专项，KCXFZ20240903093004007）资助。

文章信息

张颖琪，张雨，杨子然，等.有益微生物在植物广谱抗病中的研究与前景展望. 科学通报, 2026.

https://www.sciengine.com/doi/10.1360/CSB-2026-0394.

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