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印度梨形孢诱导小麦对纹枯病和赤霉病产生系 [复制链接]

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小麦是世界上重要的粮食作物,世界上约35-40%的人口以小麦为主要食物。然而,小麦经常受许多土传病原侵染导致产量下降,主要包括由立枯丝核菌引起的纹枯病和由禾谷镰刀菌引起的赤霉病。小麦纹枯病是一种危害严重真菌病害,通过侵染小麦植株茎和鞘,阻碍生长所需营养物质的运输。禾谷镰刀菌是可引起世界范围小麦的根腐病和赤霉病的一种致病真菌。镰刀菌产生的真菌毒素可在小麦籽粒中积累,对食品质量有害,危害人畜健康。印度梨形孢(P.indica)已被报道可以定殖于大麦、小麦、水稻、玉米、拟南芥、烟草等多种植物根部,其具备在无菌条件下遗传转化和可培养性;促进植物生长和产量;增强植物对非生物胁迫的耐受性和诱导植物对生物营养和坏死真菌、卵菌和病毒的抗病能力。该类真菌是一种极好的用于研究和开发的有益微生物资源。在这些优点中,其抗病性使其成为一种良好的生物防治真菌,并得到了广泛的应用。

河北工业大学化工学院李亮老师团队在FrontiersinPlantScience期刊上发表了题为《EffectofPiriformosporaindica-InducedSystemicResistanceandBasalImmunityAgainstRhizoctoniacerealisandFusariumgraminearuminWheat》的文章,该研究中评价了P.indica对由坏死性真菌病原体水泡茎引起小麦纹枯病的生物防治效力。

该研究从生理、生化和分子水平上研究了P.indica对小麦幼苗抵御小麦纹枯病和小麦赤霉病的能力。结果表明,P.indica定殖后显著减缓了小麦纹枯病和赤霉病病原微生物在小麦内的病害发生进程,且种子萌发前预接种P.indica能显著提高种子萌发率,发芽时间比清水对照早1天。然而P.indica与R.cerealis或F.graminearum体外共培养实验发现没有明显的抑菌圈出现,这可能表明,在体外实验中,P.indica的拮抗作用是种特异性的,该菌株产生的拮抗活性物质不具备对这两种病原菌的抑制效果。作者发现R.cerealis或F.graminearum可诱导H2O2在植物体内积累,降低细胞内水分含量,破坏膜稳定性。与P.indica共培养后,可引起R.cerealis或F.graminearum的转录水平发生重编程,比如诱导抗性相关基因如MAPK和WRKY的表达;显著影响植物激素信号通路;激活抗氧化途径。因此,小麦可以通过抗性基因的表达直接抵抗病原菌;通过调控小麦激素代谢途径提高植物的生物产量,增强了植物对病原体的耐受性;通过提高抗氧化酶的活性,减少细胞内活性氧的积累,进一步维持细胞含水量,增强膜稳定性。在上述三种模式的基础上,小麦对这两种病原菌的抗性得到了综合提高。此外,P.indica对小麦幼苗根系、根系干鲜重、茎部系统等生长特性均有显著影响。这一研究成果不仅解释了印度梨形孢新的防病促生机制,更有利于今后更加广泛的开发和应用这一有益微生物资源。

图1P.indica与R.cerealis和F.graminearum接种小麦幼苗的最佳时间

图2PDA平板上印度梨形孢与小麦赤霉病菌或谷丝枯菌的相互作用

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