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突破！TA将开辟新型生物农药研发新领域！

来源：花匠小妙招时间：2024-09-15 19:29

内生菌是一座富金矿

内生菌是与植物互惠共生、相互依存的共生体，通过产生代谢物帮助植物抵抗逆境、吸收养分、抵抗病虫、促进生殖发育等，内生菌及其代谢物质与植物关系密切，影响巨大，故通过内生菌寻找超高活性功能化合物意义重大，是一座“富金矿”。

在“治未病”更加深入人心的今天，利用植物免疫尤其广谱免疫防治病害无疑是最经济有效的方式。因此，分离、鉴定有益内生菌激活植物抗病性的关键免疫活性物质对于研发高效、绿色植物免疫诱抗剂意义重大。

近日，山东蓬勃生物科技有限公司联合合作专家在Journal of advanced research (IF=12.822)在线发表了题为“Discovery of a novel nucleoside immune signaling molecule 2’-deoxyguanosine in microbes and plants”的研究论文。

该论文揭示了新型核苷免疫信号分子2’-脱氧鸟苷（2’-deoxyguanosine，2-DG）高效介导植物免疫抗性的分子机制，宣告了一种具有超高活性功能物质的问世，也标志着蓬勃生物在内生菌代谢产物分离鉴定上有了关键突破。

十年磨剑！富金矿更需要金刚钻

作为行业领先的内生菌研创和产业化平台，蓬勃生物在内生菌代谢物的研究已经深挖了近十年。从2014年成立内生菌产业技术研究院至今，蓬勃生物已经成功打造出“内生菌筛选-内生菌活性物质生测评价-内生菌活性代谢物化合物分离纯化和结构鉴定-机理探究-植物疫苗/肥料增效剂等研发-生产推广”的产学研创新体系，并不断结出丰硕的成果。

近年来联合山东农业大学、山东大学、华中农业大学、中国农业大学、山东省农科院等13所科研院所的26个顶级专家课题组合计发表高水平论文36篇，成功研发吨级原料高产、稳定的生产工艺。

截止目前，蓬勃生物已经成功筛选出多株具备超高活性的内生菌菌株，其中以宛氏拟青霉SJ1（Paecilomyces Variotii）发酵提取物研制的植物免疫诱抗剂ZNC已经在农业生产实践中进行了成功推广和应用。

ZNC具有超高活性(ppb级)，1ng/ml的ZNC就能促进植物生长,100 ng/ml的ZNC显著增强植物免疫（Lu et al., 2019; Plant and soil），提高作物抗病毒能力（Peng et al., 2021;BMC Plant Biology）,并能提高作物产量和品质（Cao et al., 2021;Frontiers in plant science）。

在超高活性成分的分离、鉴定上，蓬勃生物也一直没有停止脚步。2021年，通过对某一超高活性菌株进行非靶向代谢组分析及免疫活性验证，研究人员已经发现组成核酸（DNA和RNA）的基本碱基之一鸟嘌呤具有激发植物免疫的能力，并初步探索了鸟嘌呤在增强植物抗病性的作用和机理，该成果也在今年2月份在线发表于Frontiers in plant science（Wang et al., 2022）。

突破！2-DG抗病分子机质被揭示

持续的分离、鉴定研究，也在给研究人员不断带来更多惊喜！新型核苷免疫信号分子2’-脱氧鸟苷（2’-deoxyguanosine，2-DG）就是继鸟嘌呤之后的又一成果，在机理研究层面，2-DG更具备突破意义。

在这次发表的研究论文中，丁新华课题组首次揭示了免疫活性成分2-DG通过激活植物基础免疫增强植物抗病性的分子机制，并发现拟南芥VENOSA4 (VEN4)参与2-DG的生物合成并在植物免疫响应过程中发挥重要作用。

2-DG是一种天然的脱氧核苷,同时也是成寡脱氧核苷酸等抗病毒、抗肿瘤核酸药物的重要原料，但其在调控植物免疫中的作用研究处于空白状态。

蓬勃生物联合山大李福川课题组研发了一套高效、高精度的天然产物分离、活性物质结构鉴定体系，在2-DG的研究中发挥了较大作用。

该系统成功鉴定到核苷类物质2’-脱氧鸟苷（2’-deoxyguanosine，2-DG）是植物内生真菌宛氏拟青霉（Paecilomyces Variotii）发酵提取物“智能聪”（ZNC）的免疫活性成分之一，其在10 ng/ml就能显著激发植物经典免疫响应。

研究表明2-DG激活植物水杨酸和乙烯抗病信号路径，在水杨酸受体突变体npr1以及乙烯信号转导、合成多突突变体中丧失免疫活性，但仍能提高水杨酸合成突变体ics1的抗病性。此外，2-DG激活乙烯信号路径，并在ein2，ein3以及乙烯合成多突突变体中丧失植物免疫，这表明2-DG激活植物免疫需要水杨酸受体NPR1以及乙烯信号路径，但不依赖于水杨酸。

2’-脱氧鸟苷参与植物免疫反应的模型

进一步的研究表明，2-DG上调植物病原相关分子识别模式PAMPs激活的免疫相关标志基因表达，遗传证据表明2-DG激活植物免疫依赖膜定位的模式识别受体/辅受体（PRRs/co-receptors），并在ATP受体突变体dorn1-3（别名P2K1）中丧失免疫活性，这表明2-DG激活植物免疫需要PRRs/co-receptors，且2-DG与ATP在植物中的识别模式相似。

研究发现，拟南芥VENOSA4 (VEN4)能将2’-脱氧鸟苷-5’-三磷酸（2'-Deoxyguanosine-5'-triphosphate，dGTP）去三磷酸生成2’-脱氧鸟苷，其表达量受到病原菌诱导，遗传证据表明ven4突变体更加感病，且在病原菌入侵后内源2-DG积累量减少，系统免疫抗性及其相关基因表达量降低，这说明VEN4是植物内源2-DG合成基因，并参与植物免疫。

总结研究内容，内生真菌源的2-DG可直接激活乙烯、水杨酸信号路径以及和PTI响应。此外，2-DG生物合成基因VEN4受病原体诱导表达，调控植物免疫。2-DG依赖乙烯路径、NPR1、PRRs/co-receptors和P2K1赋予植物免疫抗性。

2-DG抗病性分子机制的揭示，开辟了核苷类物质在未来新型生物农药研发的新领域，为新产品的研制、应用、推广提供了新方向和技术支撑。

GUIDE

关于论文及作者

山东农业大学作物生物学国家重点实验室师资博士后路冲冲和山东蓬勃生物有限公司王庆彬为该论文并列第一作者，丁新华教授为通讯作者。此外，山东大学李福川教授，山东农业大学张民教授、李洋副教授、尹梓屹教授、刘建柱教授、朱常香教授、董汉松教授，武汉大学储昭辉教授和烟台植保所刘保友研究员参与指导了该项工作，博士姜炎柯、彭春娥、硕士隋育荣、岳英哲及蒿明霞等也参与了该项研究。

研究受到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省重点研发计划、山东农业大学植物保护学院作物病虫害研究所等项目的资助。

原文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35811061/

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