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对镰刀菌枯萎病复合体弱致病成员作用的新见解

发布时间:2022-05-20 点击量:89

植物病害通常是由一组病原体相互竞争以在感染生态位中站稳脚跟引起的。然而之前的研究通常仅限于其宿主上的单一病原体。在欧洲小麦赤霉病(FHB)是由多种镰刀菌属物种引起的,包括禾谷镰刀菌和梨孢镰刀菌。本文结合接种的时间序列,通过多光谱成像、转录和真菌毒素分析进行监测,以研究物种和小麦之间的时间相互作用。结果表明,与禾谷镰刀菌单次接种相比,禾谷镰刀菌和梨孢镰刀菌的共接种抑制了症状的发展,但没有改变真菌毒素的积累。相比之下,梨孢镰刀菌的预接种减少了 FHB 症状和霉菌毒素与单一禾谷镰刀菌感染相比的水平。有趣的是,梨孢镰刀菌在双重感染中表现出增加的增长,表明这种弱病原体利用了它与禾谷镰刀菌的共存。定量逆转录 PCR 显示梨孢镰刀菌诱导小麦中的 LOX 和 ICS 基因表达。我们假设梨孢镰刀菌对水杨酸和茉莉酸相关防御的早期诱导阻碍了随后的禾谷镰刀菌感染。这项研究报道了植物的防御机制,涉及两种疾病复合体与其宿主之间的三方相互作用。

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图1.田间样品中同一小穗上单独存在或与其他镰刀菌种组合存在的梨孢镰刀菌

通过分析散布在比利时佛兰德斯七个地点17 年的调查数据,本文评估了梨孢镰刀菌和禾谷镰刀菌的共存情况。总共评估了7000多个小麦穗和40多个栽培品种是否存在FHB成员。该分析表明只存在梨孢镰刀菌症状的仅有30.0%的案例,梨孢镰刀菌伴有禾谷镰刀菌的案例占比31.2%,伴有禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌的梨孢镰刀菌案例占比15.4%(图1a,b)。

这项多年的多地点分析表明,在田间条件下禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌的梨孢镰刀菌的显著共存。由于燕麦镰刀菌的发生率较低,没有进一步关注与该物种的相互作用。

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图2.梨孢镰刀菌2,516在离体叶片试验中对禾谷镰刀菌PH-1感染的影响

梨孢镰刀菌预接种的 FV/FM 值显著高于单一禾谷镰刀菌接种(图2a、b)。此外,缺乏症状与校正的(c) GFP信号降低一致,反映了禾谷镰刀菌的存在减少(图2a、c)和禾谷镰刀菌生物量的显著减少(图2d)。 最后,由于禾本科镰刀菌感染期间产生的红镰孢菌素导致的典型微红色在分离的叶子中预接种梨孢镰刀菌时也消失了。在同时接种禾谷镰刀菌和梨孢镰刀菌的双重接种中,与单一禾谷镰刀菌感染相比,症状明显较轻。这些结果通过评估由cGFP信号可视化的禾谷镰刀菌的存在和活性以及通过定量逆转录 PCR (RT-qPCR) 评估的生物量得到证实。与禾谷镰刀菌的单一感染相比,这两个参数在第3天分别显示出显著和轻微降低(图2c、d)。

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图3.在离体叶片试验中,禾谷镰刀菌PH-1接种对梨孢镰刀菌2,516 感染的影响

为了了解禾谷镰刀菌PH-1 对梨孢镰刀菌2,516存在的影响,我们使用了带有GFP标记的梨孢镰刀菌2,516分离株与野生型禾谷镰刀菌PH-1并评估了后者的影响。通过用无菌手术刀在0.1、1和2厘米的长度上刮擦表皮层而在机械损伤的叶子上接种了带有GFP标记的梨孢镰刀菌,以检查梨孢镰刀菌是否受益于禾谷镰刀菌感染引起的叶片损伤。梨孢镰刀菌在较大的伤口中显示出明显更大的生长。

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图4.梨孢镰刀菌2,516接种对小麦穗上禾谷镰刀菌PH-1感染的影响

为了验证在小麦穗(FHB 病原体的主要生态位)中的观察,本文评估了梨孢镰刀菌的预接种是否也减少了穗上禾谷镰刀菌的感染。因此在用梨孢镰刀菌接种相同的小穗前1或2天接种了禾谷镰刀菌分生孢子悬浮液。感染7天后,在禾谷镰刀菌前1或2天用梨孢镰刀菌预接种小穗导致FHB症状减少的趋势没有统计学意义,如通过红-绿-蓝 (RGB)图像测量,较高的FV/FM值(图 4a、b和S9)、低评分症状的百分比(图4d)、禾谷镰刀菌的cGFP信号降低(图4a、c和S9)以及禾谷镰刀菌的减少,通过RT-qPCR获得的生物量(图4e和S9)与禾谷镰刀菌的单一接种或禾谷镰刀菌和梨孢镰刀菌的共接种相比,证实了从离体叶测定中的发现。

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图5.梨孢镰刀菌2,516对禾谷镰刀菌PH-1产生的真菌毒素的影响

本文分析了禾谷镰刀菌中TRI5基因的转录本,这是DON生物合成中的一个关键基因。在小麦叶测定和小麦穗测定中,在接种梨孢镰刀菌前1或2天预接种禾谷镰刀菌导致与早期感染时间点的单一禾谷镰刀菌接种相比显著降低的 TRI5 基因表达水平(第1 天和第2天;图5a、c)。在较晚的时间点(叶子测定的第3天,穗测定的第4天和第7天),处理之间TRI5基因相对表达的差异不太明显,除了在接种梨孢镰刀菌前2天接种梨孢镰刀菌的相互作用禾谷镰刀菌和在叶片测定中同时接种这两个物种的相互作用。对于禾本科TRI5基因的表达,禾本科的生物量非常低,TRI5的表达低于检测水平。

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