近日，我校农学院苟明月教授课题组在国际著名学术期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“ZmPHO2-Mediated Phosphorus Homeostasis Modulates PAMP-Triggered Immunity and Disease Resistance in Maize”的研究论文。该研究表明，磷不仅作为营养元素促进玉米生长发育，还可作为信号分子正向激活玉米的抗病防御反应，进而增强玉米对南方锈病和弯孢叶斑病的抗性。该研究揭示了磷调控玉米抗病性的分子机制，提出合理优化磷肥施用是实现玉米“生长-免疫”平衡、协同提升产量与抗病性的可行策略。        磷是植物生长发育必需的大量营养元素。近年来，除作为营养元素外，磷还被发现参与植物抗病性调控。然而，磷在抗病性调控中的作用机制在不同物种间存在较大差异，尤其是磷能否参与玉米抗病性调控目前仍不清楚。玉米病害每年造成约10%–30%的产量损失。然而，目前玉米抗病基因克隆和抗性分子机制研究仍较薄弱，不利于抗病品种的改良与培育。玉米自免疫突变体常表现为免疫反应激活，并对多种病害具有抗性，是研究玉米抗病机制的重要材料。该研究以自免疫突变体les33为研究对象，通过图位克隆、组学分析、磷外施实验、PTI和抗病表型分析及多年多点田间施肥试验，系统揭示了ZmPHO2介导的磷稳态在玉米抗病防御中的关键作用。        研究组前期收集并鉴定了一系列玉米自免疫突变体材料。其中，les33对玉米南方锈病和弯孢叶斑病抗性显著增强。图位克隆和等位性测验表明，ZmPHO2基因的缺失导致les33类病斑的形成和抗病性增强 (图1)。已有研究表明，ZmPHO2编码泛素结合酶E2，是磷吸收的负调控因子。研究组鉴于les33同时表现出磷积累和抗病性增强的表型，推测磷正调控玉米抗病性。通过玉米自交系B73和K22的磷处理试验，证实了磷处理可激活抗病防御通路基因表达，对玉米南方锈病和弯孢叶斑病抗性发挥正向调控作用 (图2)。而提高磷浓度可增强PTI相关基因的表达，并以磷浓度依赖的方式正向激活flg22诱导的ROS爆发和MAPK磷酸化，说明磷在玉米PTI响应中发挥正向调控作用。此外，通过田间施肥试验，研究组发现增施磷肥可显著增加郑单958和先玉335对南方锈病抗性，表明磷在玉米生产中具有协同营养和抗病性的重要作用。        基于以上研究，研究组提出磷调控玉米抗病性的工作模型 (图3)。低磷条件下，PAMP诱发的玉米植株ROS爆发较弱、MAPK磷酸化水平较低，防御基因和防御代谢物合成不足，植株生长受抑制且感病性增加；高磷条件下，磷积累增强PAMP诱导的ROS爆发和MAPK磷酸化，上调防御基因表达，促进SA、S-木质素和黄酮类积累，从而增强抗病性，但过度免疫会抑制生长。因此，研究组提出应合理适量施用磷肥，以实现玉米生长与免疫平衡，最终协同提高玉米产量和抗病性。综上，该研究从遗传学和农艺学等层面提供了磷正调控玉米PTI与抗病性的证据。揭示了ZmPHO2介导的磷稳态在玉米生长—免疫平衡中的重要调控作用。该研究为推动“营养免疫”从机制解析走向田间应用奠定了基础，为玉米抗病育种和磷肥优化管理提供了新思路。        河南农业大学农学院博士研究生陈梦瑶为论文第一作者，河南农业大学农学院小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室苟明月教授和青年教师李见坤为论文共同通讯作者。汤继华教授、刘红恩教授、丁俊强教授和王群教授对该项目的实施提出了重要指导。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省杰出青年科学基金滚动、河南省高校科技创新团队支持计划等项目的资助。
苟明月教授课题组围绕玉米抗性与产量协同提升方向，主要开展玉米抗病、细胞壁（木质素、木栓质、表皮蜡质）合成及生长发育调控机制研究与分子育种工作，近年来在玉米广谱抗病性及抗性与生长平衡研究中取得重要进展。在Nature Plants、Nature Communications、Advanced Science、Trends in Plant Science、Plant Cell、EMBO Journal、Plant Biotechnology Journal、Journal of Integrative Plant Biology、Plant Physiology、Plant Journal、Journal of Experimental Botany、The Crop Journal等期刊发表论文50余篇，论文被引用3000余次。
 
原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70778