陕西
镁（Mg） 是植物生长发育所必需的金属元素。此外，有研究表明Mg也在植物和病原菌间的相互作用中发挥调节作用。由于Mg参与植物光合作用和多种生理反应，同时也影响其它金属离子（K+和Ca2+）的吸收，所以Mg对植物免疫抗性的直接调控作用仍不明确。
近日，云南农业大学王莫教授课题组联合福建农林大学、浙江师范大学，在国际著名植物学期刊Plant Physiology上在线发表了题为“Increased cytoplasmic Mg2+ level contributes to rice salicylic acid accumulation and broad-spectrum resistance”的研究论文。该研究首次揭示了叶绿体镁转运蛋白OsMGT3以及细胞质Mg2+含量调控水稻水杨酸（SA）积累及广谱抗病性的分子机制。
该研究发现叶绿体膜定位的镁转运蛋白OsMGT3功能丧失后会导致水稻在田间生长中出现矮化、结实率降低等生长发育缺陷。经转录组测序分析和防御激素检测发现，OsMGT3的突变导致多个OsPAL基因转录上调，进而促进突变体中的SA积累。在接种稻瘟病菌和白叶枯病菌后，Osmgt3突变体相较于野生型表现出抗性显著增强。在chitin和flg22的诱导下，Osmgt3突变体的活性氧爆发水平和胼胝质沉积数目也均高于野生型。
通过遗传转化和杂交方法，该研究创制了Osmgt3突变体背景中过表达水稻水杨酸羟基化酶OsS5H1（SA 5-hydroxylase 1）编码基因的转基因植株。Osmgt3/OEOsS5H1表现为SA水平和抗病性均显著降低，同时株高和结实率得以提高。这表明SA过多积累是Osmgt3突变体农艺性状缺陷和抗病性增强的主要原因。
图1. OsMGT3的突变促进水稻OsPAL基因表达及SA水平升高，进而导致植株农艺性转缺陷和广谱抗性增强。
借助所开发细胞质Mg2+含量的检测方法，该研究证明Osmgt3突变体细胞质中的Mg2+含量显著高于野生型，而OsMGT3过表达植株细胞质Mg2+含量则显著低于野生型。这与OsMGT3负责将细胞质中的Mg2+转运至叶绿体内的功能相吻合。因此，作者推测水稻细胞质中Mg2+含量与SA积累水平和抗病性之间存在一定正相关性。为验证这一假设，该研究进一步检测了生长于不同Mg2+浓度水培液中的水稻植株内OsPAL的转录水平、SA含量以及对稻瘟病菌的抗性。结果表明，外源Mg2+浓度的增加促进水稻细胞质中Mg2+含量的升高，进而诱导OsPAL6转录水平提高和SA积累，同时显著增强稻瘟病抗性。
综上所述，该研究解析了细胞质中Mg2+含量对水稻SA积累和广谱抗病性的调控机制，为水稻生产中合理施用镁肥以增强抗病性提供了理论依据。
图2. OsMGT3的突变或增加外源Mg2+供给量导致水稻细胞质中Mg2+水平的升高，促进OsPAL6表达，提高体内SA的积累并增强水稻抗病性。
福建农林大学博士研究生曾文治和田鑫月、浙江师范大学张艳军博士为该论文的共同第一作者；云南农业大学王莫教授、浙江师范大学张可伟教授和福建农林大学陈志长教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31701777和32022077）、福建省科技重大专项（2022NZ030014）、云南省科技重大专项（202402AE090026）以及云南省陈学伟专家工作站基金（202305AF150124）的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiae220
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