近日，国际知名Top学术期刊Plant Biotechnology Journal在线发表了我院王维香教授团队携手北京市农林科学院赵久然研究员团队的一项重要研究成果——题为“Maize Knows Friends or Foes? The Dark Side ofTrichoderma asperellumas a Maize Ear Rot Pathogenic Fungus”（玉米能辨识敌友吗？棘孢木霉作为玉米穗腐病致病真菌的暗面）的研究论文。该研究首次发现并证实棘孢木霉（T. asperellum）是引发玉米青绿色穗腐病的新型致病真菌，这一突破性发现为生防菌菌剂的应用敲响了警钟，也为全球玉米产业的健康发展提供了关键理论支撑。
聚焦玉米穗腐病：危害猖獗，防控迫在眉睫
玉米作为全球重要的粮食作物和工业原料，其产量与品质直接关系到全球粮食安全和经济发展。然而，玉米穗腐病这一广泛发生且破坏性极强的穗部病害，却如同一把“达摩克利斯之剑”，时刻威胁着玉米产业。近年来，我国辽宁、吉林、河南、甘肃等玉米主产区频发一种由青绿色霉菌引发的新型穗腐病。这种病害在玉米穗部表面形成一层致密的青绿色霉层，导致籽粒软腐，与禾谷镰刀菌或拟轮枝镰刀菌等病原真菌引发的粉红色或白色霉层形成鲜明对比。更为棘手的是，该病害多从穗根部起始，隐蔽性极强，初期症状不明显，农户往往难以察觉，待发现时已造成严重损失，成为田间防控的薄弱环节，给玉米生产带来了巨大的挑战。
图1 田间自然发病（左图）及人工接种（右图）条件下棘孢木霉侵染引起的穗粒腐病症状
三年砥砺前行：精准锁定致病“元凶”
面对这一严峻形势，王维香教授团队毅然投身于这场科研攻坚战。历经三年系统性的调查与研究，在6省（区、市）9个市县广泛采集了26份青绿色穗腐病果穗样品。通过对这些样品中的26个分离菌株进行细致的形态学鉴定，成功分离出23株木霉（Trichodermaspp.）和3株青霉（Penicilliumspp.）。进一步运用先进的分子生物学技术对23株木霉菌进行鉴定，最终确定其中17株为哈茨木霉，6株为棘孢木霉。为了确保结果的准确性，团队还进行了DNA测序及Blast序列比对分析，结果显示棘孢木霉菌株的18S rDNA部分序列、ITS1 - 5.8S - ITS2全部序列和28S rDNA部分序列片段与NCBI网站上的棘孢木霉同源性极高，相似性均在99%以上，为棘孢木霉是致病真菌提供了有力的分子证据。
为了深入探究棘孢木霉的致病机制，团队选取代表性棘孢木霉菌株Tr10进行全基因组测序，并重新组装其基因组。经过不懈努力，成功揭示了该基因组的详细信息：大小为37.53Mb，含有8条染色体及7244个编码基因，GC含量为47.74%。与棘孢木霉参考基因组的平均核苷酸身份（ANI）达93.34，共线性区段占比92.98%，远高于与哈茨木霉的同源性（共线性区段仅50.38%）。转录组学数据分析进一步表明，棘孢木霉侵染会重编程籽粒转录组表达，影响植物-病原互作、激素信号传导等关键信号通路，为理解其致病过程提供了全新的视角。
在实验验证环节，团队通过果穗针刺注射法，将田间分离的6株棘孢木霉菌株接种到玉米果穗上。结果令人震惊，所有接种的果穗均引发了严重的穗腐病，病穗出现明显的青绿色霉层，苞叶被菌丝紧密包裹，充分证明了棘孢木霉的致病性。此外，团队还对419份玉米自交系进行了接种抗性鉴定，成功筛选出京2416K等25份稳定高抗自交系，为培育抗穗腐病玉米品种及克隆抗穗腐病候选基因提供了关键的种质资源，为玉米产业的可持续发展奠定了坚实基础。
挑战传统认知：生防菌暗藏致病风险
长期以来，棘孢木霉因其对某些病菌具有拮抗作用，被广泛应用于农业生产中作为生防菌，以减少化学农药的使用，保护生态环境。然而，王维香教授团队的研究却提出了新的证据，对这一传统认知发起了挑战。团队从生产上使用的商品化生防菌肥中分别分离出棘孢木霉（No.30371）和哈茨木霉（No.30371）菌株。经过果穗接种实验发现，生防菌肥来源的棘孢木霉菌株No.30371同样能够导致严重的穗部侵染，而哈茨木霉株No.30371也可引起轻微的穗腐病症状。
无独有偶，德国哥廷根大学植物病理学知名教授Annette Pfordt在2025年12月2日发表于“PLANT HEALTH CASES”的论文“Trichoderma Ear Rot on Maize – When Friends Turn Evil”（当木霉菌从朋友变为敌人—导致玉米木霉穗腐病）中也指出，非洲哈茨木霉在欧洲多国（德国、法国、意大利等）作为生防菌肥使用时引发了玉米穗腐病，与本研究相呼应，更进一步证实了含木霉菌的商品化生防菌存在致病风险。虽然本研究中分离的哈茨木霉致病力相对较弱，但这一系列发现无疑为我们敲响了警钟，提示木霉菌从“益菌”转为“敌菌”的潜在威胁不容忽视。
图2 棘孢木霉是一种全新的玉米穗腐病病原真菌
科研团队风采：精英汇聚，共铸辉煌
本研究成果的取得离不开团队成员的共同努力。北京市农林科学院赵久然研究员指导本研究的论点、课题设计和关键科学问题。我院王维香教授、北京市农林科学院肖森林副研究员以及我院硕士研究生阙凡为论文第一作者，他们在实验设计、数据采集与分析等方面发挥了重要作用。北京市农林科学院赵久然研究员、王荣焕研究员、宋伟研究员和我院王维香教授作为通讯作者，北京农学院卢敏副教授和史利玉老师也参与了本研究工作。本研究还得到了中国科学院生物物理研究所开放课题（2025BF04）和北京市昌平区科委人才项目（202506007059）的资助，为研究的顺利开展提供了有力的支持。
论文链接：//doi.org/10.1111/pbi.70489
王维香教授团队的这一研究成果，不仅为玉米穗腐病的防控提供了新的思路和方法，也为生防菌的合理应用提供了重要的理论依据。在未来的研究中，团队将继续深入探究棘孢木霉的致病分子机制、挖掘玉米抗穗腐病基因和和玉米穗腐病防控策略，为保障全球玉米产业的健康发展贡献更多的智慧和力量。
