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朱书生 2021-12-27  阅读:12015

朱书生教授团队揭示三七根际皂苷Rg1及其诱导释放的细胞壁降解产物加重根腐病的机制


原文链接:https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01679-21

 

20211215日,美国微生物学会著名期刊Microbiology Spectrum (IF=7.171) 在线发表了威斯尼斯人娱乐官方网站登录朱书生教授团队与云南省热带作物科学研究所合著的题为“Autotoxin Rg1 induces degradation of root cell walls and aggravates root rot by modifying the rhizospheric microbiome”的研究论文。本研究揭示了三七根系分泌到根际的皂苷Rg1及其引起的细胞壁降解产物纤维二糖和半乳糖醛酸通过改变根际微生物群落而加重根腐病的效应和机制

作物根腐病的防治是确保农业生产可持续发展的关键因素之一。前期研究发现土壤中自毒物质和病原菌的积累是三七根腐病发生的主要诱因。然而,关于植物-自毒物质-根际微生物三者之间的关系以及他们在根腐病发生中的作用却鲜有报道。本研究利用代谢组学、转录组学和根际微生物组学的方法综合分析揭示了三七根系分泌的皂苷Rg1能诱导根系细胞壁降解,其降解产物纤维二糖、D-半乳糖醛酸以及自毒皂苷Rg1均可改变根际微生物群落,尤其能促进根腐病菌Ilyonectria destructans生长,并增强病原菌的致病能力,从而加重三七根腐病的发生危害。


1 土壤中外源添加皂苷Rg1、纤维二糖和D-半乳糖醛酸会加重根腐病的发生和危害

外源添加纤维二糖、D-半乳糖醛酸和皂苷Rg1到三七根际后会显著加重根腐病的发生(图1)。三七根际微生物群落分析发现,外源添加 Rg1及纤维二糖和半乳糖醛酸均能富集与根腐病呈正相关的微生物而抑制与根腐病呈负相关的微生物。其中,纤维二糖对微生物的调控能力最强,Rg1的调控能力次之,半乳糖醛酸最弱。该研究也从三七根际分离出相关微生物进一步验证了外源添加 Rg 1及纤维二糖和半乳糖醛酸后,三七根际微生物群落结构朝着更有利于根腐病发生的方向改变。


2 三七根系分泌物Rg1、纤维二糖和D-半乳糖醛酸对三七根际微生物群落结构的调节

皂苷Rg1和细胞壁降解产物纤维二糖和半乳糖醛酸能促进根腐病菌 I. destructans生长和致病(图3)。PDA 培养基中加入浓度为 0.010.11.010100μg/ m LRg 1、纤维二糖和半乳糖醛酸均能够显著地促进根腐病菌 I. destructans 孢子萌发和菌丝生长。转录组学研究发现,Rg 1能够促进I. destructans与有丝分裂、毒素合成和糖苷水解相关基因的表达;纤维二糖能够促进I. destructansβ-葡糖苷酶和外切纤维素酶等纤维素降解酶基因,以及α-木糖苷酶、β-甘露糖苷酶和内切β-1,4-木聚糖酶等半纤维素降解酶基因的表达;半乳糖醛酸能够促进 I. destructans β-葡糖苷酶和果胶裂解酶等果胶降解酶基因的表达。这些致病相关基因的表达促进病原菌分泌更多的致病因子完成致病过程。


3 Rg1、纤维二糖和d -半乳糖醛酸增强Ilyonectria destructanans的生长和致病能力

探明由根系分泌物主导的植物-病原菌-微生物群落之间的互作机制将推进我们对连作障碍形成机制的认识,并为利用微生物缓解三七种植过程中的连作障碍提供科学依据。

威斯尼斯人娱乐官方网站登录朱书生教授团队博士研究生许彦国(云南省热带作物科学研究所)和杨敏教授为该论文的共同第一作者,硕士研究生殷绒以及王罗涛、罗丽芬、字变仙、刘海娇、黄惠川副教授、刘屹湘副教授、何霞红教授参与了部分工作。本研究得到了国家自然科学基金(3177240431660605)、国家重点研发计划项目(2017YFC1702502)、云南省重大科技专项(202102AE090042)等项目资助。