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研究发现马铃薯疮痂病与土壤微生物群落紧密关联

来源:中国科学报 编辑:张晴丹 郭翠华  时间:2019年3月20日 浏览:231 次

       


       马铃薯疮痂病是世界上普遍发生的一种顽固性病害,可造成10%至30%的减产,部分地块甚至减产40%以上。感染该病的马铃薯表皮有不少疮疤,不耐贮藏。研究人员大都聚焦在研究该病致病菌生痂链霉菌的单一作用,而在生产中此菌和土壤微生物是否有协同作用并不清楚。近日,山东农业大学生命科学学院教授高峥和副教授周波团队揭示了马铃薯疮痂病发病新机制,认为土壤微生物种群的组成和功能与马铃薯疮痂病的严重程度有关。研究成果发表在国际知名学术期刊《微生物组》(Microbiome)上。
       

       该课题组在研究中发现,在实验室使马铃薯人工感染生痂链霉菌,或对马铃薯进行生防菌处理,开展相关研究时效果明显。但是若用这些植株做室外栽培实验,结果就不理想。由此研究者设想,是否土壤微生物组对马铃薯疮痂病有作用?
       

       按照发病等级,该课题组选取发病较重和发病较轻的马铃薯植株,每株采集薯表土、根际土、根区土、垄沟土。研究人员通过荧光定量PCR和扩增子高通量测序发现,薯块表层微环境与疮痂病发生紧密相关。与发病重的样品相比,发病轻的薯表土病原菌和细菌丰度较低,细菌多样性较高,菌群共存网络较复杂。
       

       他们通过相关性分析,发现土壤中贪食菌、寡养单胞菌和农杆菌等微生物与疮痂病有显著的正相关关系,而地芽孢杆菌、短杆菌和某类地嗜皮菌与疮痂病则呈现明显的负相关关系。
       

       为进一步解析微生物群落功能与疮痂病发生的联系,该课题组又进一步对薯表土进行了宏基因组测序,也就是通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。研究发现参与腺苷三磷酸结合转运蛋白、细菌分泌系统、群体感应、氮代谢和一些细胞色素P450相关代谢途径的基因富集在发病重薯表土中,这些功能多数与植物病害发生以及疮痂病毒素合成相关。同时,他们也发现抗生素合成相关代谢途径的因子富集在发病轻的薯表土中。
       

       此研究首次系统解析了土壤微生物组成和功能与马铃薯疮痂病的关系,对揭示疮痂病的发生机制和防治疮痂病提供了重要的支撑。

       

       该课题组在研究中发现,在实验室使马铃薯人工感染生痂链霉菌,或对马铃薯进行生防菌处理,开展相关研究时效果明显。但是若用这些植株做室外栽培实验,结果就不理想。由此研究者设想,是否土壤微生物组对马铃薯疮痂病有作用?

       

       按照发病等级,该课题组选取发病较重和发病较轻的马铃薯植株,每株采集薯表土、根际土、根区土、垄沟土。研究人员通过荧光定量PCR和扩增子高通量测序发现,薯块表层微环境与疮痂病发生紧密相关。与发病重的样品相比,发病轻的薯表土病原菌和细菌丰度较低,细菌多样性较高,菌群共存网络较复杂。

       

       他们通过相关性分析,发现土壤中贪食菌、寡养单胞菌和农杆菌等微生物与疮痂病有显著的正相关关系,而地芽孢杆菌、短杆菌和某类地嗜皮菌与疮痂病则呈现明显的负相关关系。

       

       为进一步解析微生物群落功能与疮痂病发生的联系,该课题组又进一步对薯表土进行了宏基因组测序,也就是通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。研究发现参与腺苷三磷酸结合转运蛋白、细菌分泌系统、群体感应、氮代谢和一些细胞色素P450相关代谢途径的基因富集在发病重薯表土中,这些功能多数与植物病害发生以及疮痂病毒素合成相关。同时,他们也发现抗生素合成相关代谢途径的因子富集在发病轻的薯表土中。

       

       此研究首次系统解析了土壤微生物组成和功能与马铃薯疮痂病的关系,对揭示疮痂病的发生机制和防治疮痂病提供了重要的支撑。

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