近日，王源超教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蓋鈞鎰院士團(tuán)隊(duì)在《PNAS》期刊，發(fā)表了題為“Metabolomics navigates natural variation in pathogen-induced secondary metabolism across soybean cultivar populations”的研究論文。該研究揭示了病原侵染誘導(dǎo)的不同化合物間的功能差異，證明了Coumestrol作為大豆中一種新型植保素，對(duì)多種農(nóng)作物病原菌具有廣譜抗性。

大豆是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，廣泛應(yīng)用于食用、飼用和工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，是保障國(guó)家糧食安全和推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。然而，大豆生產(chǎn)過(guò)程中，由多種病原菌引起的大豆根腐病，特別是其中的一類(lèi)農(nóng)作物病害——大豆疫霉（Phytophthora sojae），嚴(yán)重威脅著大豆的糧食安全。王源超教授團(tuán)隊(duì)已在基因和蛋白分子層面對(duì)大豆與大豆疫霉的互作機(jī)制進(jìn)行了深入研究并取得系列進(jìn)展，但關(guān)于代謝物在大豆防御反應(yīng)中的作用仍存在兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題：第一，代謝物如何響應(yīng)并介導(dǎo)大豆對(duì)病原菌的防御機(jī)制；第二，除已知的大豆紫檀素外，大豆中是否還存在其他未被發(fā)現(xiàn)的重要植保素類(lèi)物質(zhì)。

研究團(tuán)隊(duì)以多種大豆抗感種質(zhì)與大豆疫霉互作為研究系統(tǒng)，采用基于代謝組學(xué)的分析策略結(jié)合天然產(chǎn)物化學(xué)對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，對(duì)參與大豆-大豆疫霉互作的關(guān)鍵代謝物進(jìn)行了高通量鑒定。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在大豆疫霉侵染后，關(guān)鍵功能代謝物的積累在感病（S）和抗?。?/span>R）大豆品種（品系）中具有顯著差異，且功能各異。

例如，大豆苷元（Daidzein）及其糖苷大豆苷（Daidzin）主要在感病大豆品種（品系）中高度積累，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這兩種代謝物能夠顯著促進(jìn)大豆疫霉游動(dòng)孢子的趨化性，即初次侵染誘導(dǎo)該類(lèi)化合物的產(chǎn)生，促進(jìn)對(duì)大豆疫霉的二次招募，加劇侵染，由此推斷疫霉侵染誘導(dǎo)的大豆苷元對(duì)大豆疫霉不僅沒(méi)有抗性，反而是感病化合物。更有趣的是，在抗病品種（品系）中發(fā)現(xiàn)的特異誘導(dǎo)并富集的肉桂醛（Cinnamaldehyde）能夠有效抑制多種病原菌的菌絲生長(zhǎng)；而鑒定到的香豆雌酚（Coumestrol）則是通過(guò)特異性抑制病原菌的孢子萌發(fā)階段發(fā)揮廣譜抑菌作用。

綜上所述，本研究通過(guò)多維互補(bǔ)研究策略，系統(tǒng)解析了大豆-疫霉互作中的關(guān)鍵代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，成功鑒定到互作過(guò)程中誘導(dǎo)合成或抗性品種特異合成的多種代謝物結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證了它們的感病/抗病活性。該研究發(fā)現(xiàn)為大豆綠色農(nóng)藥的研發(fā)提供了先導(dǎo)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵靶點(diǎn)（細(xì)節(jié)參閱文章），同時(shí)也為分子育種改良大豆抗病性提供了理論依據(jù)。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文的第一署名單位，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生田夢(mèng)君和孫雅如為論文的第一作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王明教授和邢光南副教授為本論文的共同通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王源超教授部署了整體實(shí)驗(yàn)方案并提供了重要指導(dǎo)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)李志遠(yuǎn)同學(xué)、江蘇省中山植物園張國(guó)棟同學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組所朱江博士等對(duì)該研究作出了重要貢獻(xiàn)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蓋鈞鎰院士、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組所李素華研究員、江蘇省中山植物園陳雨研究員、南京土壤所陳志長(zhǎng)研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)甘祥超教授、譚俊杰教授、林紹艷老師和張芳老師提供了該研究的技術(shù)支持。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。