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马铃薯根结线虫防治新策略

导读:

根结线虫(RKN, Meloidogyne spp.)是范围内的主要农业害虫,每年可造成数十亿美元的产量损失。温带根结线虫(M. chitwoodi)可以感染马铃薯块茎,除了在马铃薯块茎皮下形成棕色斑点外,还会引起难看的擦伤。

根结线虫(RKN, Meloidogyne spp.)是范围内的主要农业害虫,每年可造成数十亿美元的产量损失。温带根结线虫(M. chitwoodi)可以感染马铃薯块茎,除了在马铃薯块茎皮下形成棕色斑点外,还会引起难看的擦伤。

温带根结线虫

商业上可获得的马铃薯品种对根结线虫没有天然的遗传抗性。种植者依靠昂贵的杀线虫剂来管理马铃薯田里的根结线虫。因此,谨慎的做法是开发根结线虫控制的替代方法。

一种可替代的策略是:使用合成或天然衍生的分子来激活或增强植物的免疫系统。植物通过损伤或病原体攻击来检测组织损伤,并释放内源性分子,称为损伤相关分子模式。植物激发子肽(Peps)是损伤相关分子模式的一个例子,Pep处理已被证明在拟南芥和玉米等植物中触发局部和系统防御反应,但其在马铃薯中的作用尚未得到广泛研究。

最近的一篇论文表明,大豆种子用大豆多肽(GmPeps)预处理可以增强其对根结线虫的抗性,这表明防御激发子肽可以用于根结线虫的防治。值得注意的是,另外一项研究表明枯草芽孢杆菌可以被改造以分泌线虫特异性神经肽。

枯草芽孢杆菌可以被改造以分泌线虫特异性神经肽

来自美国华盛顿州立大学植物病理学系等单位的研究人员将防御诱导剂和细菌分泌这两种想法结合起来,开发了枯草杆菌传递系统,用于线虫防治的植物防御诱导剂。相关结果于2020年6月8日在线发表于Nature Plant:Enhancing potato resistance against root-knot nematodes using a plant-defence elicitor delivered by bacteria(利用细菌给与的植物防御诱导子增强马铃薯对根结线虫的抗性),第一作者:Lei Zhang;通讯作者: Cynthia Gleason。

为了确定在马铃薯中发现的防御诱导剂肽StPep1是否能够保护马铃薯根系免受根结线虫感染,作者分析了经过StPep1预处理的马铃薯植株的线虫感染情况。结果发现:StPep1预处理12天后显著降低了单株虫瘿数(1a)和每根中虫瘿数(1b),35天后每株植株的卵数量(1e)和每克根的卵数量(1f)也显著降低。作者进一步测量了受感染马铃薯植株的根和茎生物量,发现StPep1处理对马铃薯的根重(1c)和茎重(1d)没有显著影响。

防御诱导剂肽StPep1是否能够保护马铃薯根系免受根结线虫感染

图1 stPep1预处理马铃薯根可减少奇woodi虫卵数,但对植株生物量无不良影响

先前的研究表明,芽孢杆菌可以被改造成分泌一种植物寄生线虫特异性蛋白,在此基础上,作者也对枯草杆菌进行了改造,使其分泌带有His标记的StPep1。作者将芽孢杆菌接种至马铃薯以探究其对线虫的作用,结果发现:在使用分泌StPep1 - his或未标记StPep1的枯草杆菌培养物预处理的马铃薯上,磨损明显减少(2a,b);枯草杆菌处理对感染植株的根和茎生物量没有显著影响(图2c,d)。

枯草杆菌分泌stPep1可减少线虫在马铃薯根上的感染

图2 枯草杆菌分泌stPep1可减少线虫在马铃薯根上的感染

为了研究StPep1在马铃薯中的作用模式,作者采用用清水(mock)或100 nM StPep1溶液处理马铃薯根进行基因表达分析。结果发现:StPep1处理马铃薯根系引起局部和系统的基因表达变化,而马铃薯根系基因表达的整体变化与对根结线虫感染的抗性有关。

枯草杆菌分泌的stPep1处理植物的研究概况

图3 枯草杆菌分泌的stPep1处理植物的研究概况。左:未经处理的马铃薯植株容易受到根结线虫的感染,并侵蚀根系。右:用分泌StPep1的枯草杆菌浇灌的植物。StPep1处理可诱导植株对根结线虫产生抗性,根结线虫侵染明显减少。

除了枯草杆菌,淡紫紫孢菌也能抑制根结线虫,但是不能杀卵,无线时是采用高活性的淡紫紫孢菌+独特的天然有机质吸附性传导物质研制而成的微生物菌剂,全面替代噻唑膦,阿维菌素,棉隆、溴甲烷等其他速度慢,防效低的理想制剂,针对根结线虫,虫卵通杀,可直接接触幼苗,持效期长达90-120天,1000g/亩,稀释2000使用。

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