植物病害严重威胁农业生产，导致作物产量和品质下降，同时化学防治方法带来了环境污染、食品安全问题以及病原菌耐药性变异等挑战。植物免疫诱导剂作为一种激活植物自身防御机制的替代方案，正在受到越来越多的关注。然而，植物生长与免疫之间存在一种动态平衡，提高植物的抗病性往往以牺牲生长和产量为代价。因此，增强植物抗病性的同时促进其生长，是农业生产中追求的理想目标。为了实现这一目标，科学家们已经进行了大量的研究工作。其中，有益微生物如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和植物免疫诱导剂如病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns, PAMPs）等，因其潜在的促进生长或诱导免疫的作用而备受关注。然而，如何平衡植物免疫和生长发育，仍然是一个科学难题。

近期，陕西师范大学生命科学学院张美祥/安玉艳团队完成的题为“Simultaneously enhancing plant growth and immunity through the application of engineered Bacillus subtilis expressing a microbial pattern”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）在2026年5期正式发表。

该研究对具有促进植物生长活性的枯草芽孢杆菌OKB105进行了基因工程改造，使其能够分泌病原相关分子模式flg22，以期实现同时提高植物免疫和生长的双重效果。

通过将编码flg22的基因经过密码子优化后重组到pBE-S载体中，并转化到OKB105中，成功获得了能够分泌flg22的重组枯草芽孢杆菌OKB105（flg22）。与含有空载体的对照菌株OKB105（EV）相比，OKB105（flg22）在促进植物生长方面表现出了相似的活性，表明改造后的菌株保持了其原有的促进植物生长的功能。更重要的是，与OKB105（EV）相比，OKB105（flg22）显著增强了本氏烟（Nicotiana benthamiana）对丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）DC3000∆hopQ1-1和寄生疫霉菌（Phytophthora parasitica）的抗性，证实了其在提高植物抗病性方面的有效性。

此外，根部灌溉OKB105（flg22）能显著提高植物对地上部病原菌的抗性，表明该菌株可诱导植物产生系统获得性抗性（systemic acquired resistance,SAR）。研究者还发现，除了烟草，OKB105（flg22）也能增强番茄和辣椒等其它可识别flg22的作物的抗病性，显示出其广泛的适用性。通过RNA-Seq和qRT-PCR分析，研究者进一步证实OKB105（flg22）能够有效诱导模式触发免疫（pattern-triggered immunity,PTI）途径中防御相关基因的表达，从而提高植物的抗病性。

该研究通过基因工程改造的枯草芽孢杆菌OKB105（flg22），不仅保持了其原有的促进植物生长的活性，而且显著提升了植物对多种病原菌的抗性。这种策略通过利用植物促生菌表达病原相关分子模式，成功实现了在不牺牲植物生长的前提下增强其免疫，为农业生产中病害的有效防治开辟了新的途径，在未来植物病害防控中具有广阔应用前景。

陕西师范大学生命科学学院博士后张双喜，硕士生魏新林为该文章的共同第一作者，陕西师范大学生命科学学院张美祥教授和安玉艳副教授为该文章的共同通讯作者，陕西师范大学生命科学学院强毅教授、崔浪军教授、徐红星副教授、硕士生沈鹤静、西北农林科技大学植物保护学院王秦虎副教授共同参与了这项工作。

该研究得到了陕西省技术创新引导计划（基金）资助项目（2023QYPY2-01）、国家自然科学基金（32072399,32302296）、中央高校基本科研业务费（GK202201017,GK202207024）等项目的资助。

Cite the article:

Shuangxi Zhang, Xinlin Wei, Hejing Shen, Qinhu Wang, Yi Qiang, Langjun Cui, Hongxing Xu, Yuyan An, Meixiang Zhang. 2026. Simultaneously enhancing plant growth and immunity through the application of engineered Bacillus subtilis expressing a microbial pattern. Journal of Integrative Agriculture, 25(5): 1971-1980.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.04.034    

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