隨著人們生態意識的提高，科學家們一直在探索減少使用化學殺蟲劑來控制病蟲害的新策略。觸發植物內在防御系統是減少線蟲等病原生物產量損失的有效策略之一。抗壞血酸氧化酶（AO）通過抗壞血酸氧化過程調節質外體抗壞血酸/脫氫抗壞血酸（DHA）的比例，在植物防御中發揮重要作用。抗壞血酸氧化可誘導水稻對寄生根結線蟲（RKN）的系統抗性。在這里，我們試圖評估AO或DHA是否誘導對RKNM的耐藥性（IR）。graminicola涉及苯丙烷途徑的激活，以及該IR表型是否對脅迫和非脅迫條件下水稻幼苗的生長具有潛在影響。我們的結果表明，AO/DHA-IR對抗這些寄生線蟲依賴于苯丙氨酸解氨酶（PAL）的激活。然而，應用還原抗壞血酸（AA）并沒有引起這種反應。通過qRT PCR進行的基因表達分析表明，OsPAL2和OsPAL4在噴灑AO/DHA的線蟲感染根中高度表達，PAL活性測定證實，噴灑AO/DHA可觸發植物在線蟲感染時激活該酶。AO/DHA-IR對噴灑化學PAL抑制劑的植物無效，證實AO/DHA誘導的抗性取決于PAL活性。在AO/DHA噴施的植物中，植物生長的改善和線蟲感染的降低被發現與芽葉綠素熒光（Fv/Fm）、葉綠素指數（ChlIdx）和改良花青素反射指數的增加相關，這被證明是線蟲侵染的良好地上參數。詳細的生長分析證實，在線蟲感染的條件下，AO/DHA處理的植物生長得到改善。綜上所述，我們的結果表明，抗壞血酸氧化增強了基于苯丙烷的線蟲感染反應，并導致處理后的水稻植株表現出耐性表型。
本文中葉面AA、AO或DHA處理對水稻植株的影響通過計算蟲癭的數量得到獨立證實，并通過計算產卵雌性（ELF）的總數得到擴展。與模擬噴灑植物進行比較，在水稻植株上葉面施用AO和DHA可顯著減少接種后14天記錄的蟲癭數量（圖1A），噴灑AO和DHA也減少了ELF的數量（分別減少87%和80%；圖1B）。噴灑AA不會引起蟲癭（圖1A）或ELF（圖1B）數量的任何顯著變化。
為了研究噴灑 AO 和 DHA 的水稻植株的低禾本科植物易感性是否是由于苯丙烷途徑的改變，對 14 天大的水稻植株噴灑了 AO 或 DHA 或模擬噴灑。量化了 OsPAL2 和 OsPAL4 的表達，并在接種后3天（即噴灑后 4 天）測量了 PAL 活性。對感染和未感染植物的枝條以及未感染植物的癭與根尖進行分析。qRT-PCR分析表明，與未感染的未處理植物相比，OsPAL2 和 OsPAL4 在DHA 噴灑未感染植物的枝條中均顯著下調（圖 1C）。然而，在根組織中，OsPAL4 基因的表達在 DHA 噴灑后被顯著誘導（圖 1D）。在線蟲誘導的癭中，與模擬噴灑的未感染或感染植物相比，在 AO 和 DHA 噴灑植物中觀察到 OsPAL2 和 OsPAL4 基因的表達水平顯著更高（圖 1D）。PAL 活性測量證實了其酶促活化。數據顯示，與模擬噴灑植物相比，噴灑 AO/DHA 植物的枝條中的 PAL 活性顯著增加（~32%），而與感染無關（圖 1E）。此外，在 AO/DHA 噴灑植物的癭中，與 AO/DHA 噴灑植物的未感染根尖相比，觀察到 PAL 活性顯著增加（圖 1F），表明 AO/DHA 噴灑觸發植物進行 PAL線蟲感染后蟲癭中的活性。
為了證實 PAL 活性參與 AO/DHA 誘導的抗性，使用化學 PAL 抑制劑 AOPP 的葉面施用進行了獨立的感染實驗。當化學阻斷這種酶時，未觀察到癭體數量（圖 1G）或 ELF 數量（圖 1H）的顯著差異，證實了之前的觀察結果。數據再次顯示，與模擬噴灑 (Ctrl) 植物相比，噴灑 AO/DHA 的植物中的癭（圖 1G）和 ELF（圖 1H）數量顯著減少（減少 50-70%）。然而，用 AO 或 DHA 與 AOPP 組合噴灑的植物表現出增強的禾本科小球藻易感性，達到在模擬噴灑 (Ctrl) 植物中觀察到的嚴重程度，表明 AO/DHA 誘導的抗性取決于 PAL 活性。
圖1.葉面噴灑AO和DHA通過激活PAL誘導水稻根系對禾本科禾本科的系統抗性
與未感染的植物相比，在所有處理中，線蟲感染植物的枝條中通常觀察到顯著更高的mARI 值，（圖2A）。數據進一步顯示，與所有其他處理相比，線蟲攻擊后 DHA 噴灑植物的 mARI 值顯著增加（圖 2A）。觀察 Fv/Fm，與未感染植物的枝條相比，線蟲感染植物枝條的值顯著降低，但僅當植物被模擬噴灑或噴灑 AA 時（圖 2B）。相反，與模擬噴霧或 AA 噴霧植物的枝條相比，AO 或 DHA 噴霧感染植物枝條的 Fv/Fm 值顯著增加（圖2B）。確認降低的 Fv/Fm，數據還顯示與未感染植物相比，模擬噴霧感染植物的枝條中 ChlIdx 的值顯著降低（圖 2C）。
圖2.AO/DHA噴施植物生長的改善和線蟲感染的減少與莖Fv mARI、Fv/Fm和ChlIdx的增加有關
在噴灑前（14 天）測量植物，然后在 18、22 和 26 天時使用（Mg+）或不使用（Mg-）再次測量以監測它們的生長。在第18天和第26天（圖3A），未處理的感染 (Mg+) 植物與 Ctrl (Mg-) 相比，在未處理的感染 (Mg+) 植物中觀察到枝條高度略有下降（30%，不顯著），這說明線蟲感染對地上水稻生長。然而，當植物預先噴灑 AO 或 DHA 時，這種效果就被抵消了。在 26 天時，與未處理的感染植物 (Mg+) 相比，在 AO 或 DHA 噴灑的植物中，在線蟲感染 (Mg+) 下，芽高度顯著增加（圖 3A）。早在噴灑后 4 天就觀察到 AO/DHA 對枝條高度的積極影響，但線蟲感染的植物 (Mg+) 比未接種的 (Mg-) 植物強得多。與未處理或噴灑 AA 的植物相比，AO/DHA 處理的植物在 22 天和 26 天時根長顯著增加，這種效果似乎主要是在線蟲感染條件下放大了（圖3B）。
圖3.AO/DHA可促進根系生長并誘導對線蟲脅迫的耐受性
