间作体系中非寄主植物根系“attract-kill”模式控制疫病的化学生态学机制

批准号:
31601682
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
刘屹湘
依托单位:
学科分类:
C1406.生物防治
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡红、杨敏、黄惠川、廖静静、王文鹏、江冰冰
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中文摘要
作物多样性种植能够有效控制土传病害,根系-微生物相互作用抑制病原菌传播是间作抑制疫病的重要机制。前期研究发现玉米和辣椒间作中玉米根能够吸引辣椒疫霉菌的游动孢子,促使其转化为休止孢并最终裂解。这种“先吸引后裂解”的现象在多种非寄主植物根系-疫霉菌的相互作用中普遍存在,申请者所在团队将其命名为attract-kill模式。此模式可能是间作能控制疫病发生的重要机制。本项目针对attract-kill控病模式开展下列研究:①验证玉米-大豆疫霉菌互作是否符合attract-kill模式;②分离鉴定attract-kill控病模式中玉米根系引起大豆疫霉菌游动孢子趋化、休止和裂解的关键物质;③分析玉米根系attract-kill控病模式中的关键物质的普适性。预期结果对解析和确定attract-kill模式的化学生态学机理和普适性具有重要理论价值 ,对科学利用attract-kill控病模式具有实际意义。
英文摘要
Biodiversity could provide relief to crops against soil-borne disease. The interaction between plant roots and pathogen play an important role in suppression of phytophthora disease in intercropping system. Our recent research indicated that maize roots attracted the zoospores of phytophthora capsici and inhibited their motility, then a large amount of cystospores closed to maize roots were lysed. We named this phenomenon “attrack-kill” pattern which was widely found in various interactions between roots of non-host plant and phytophthora. The “attrack-kill” pattern between roots of non-host plant and phytophthora may be the most important reason in phytophthora disease suppression in intercropping system. This project research the “attract-kill” pattern as follows: ① demonstrate that the interaction between maize roots and phytophthora sojea was accordance with “attrack-kill” pattern; ②isolated and identified the effective compound induced chemotaxis, cystospores formation and lysed cystospores of phytophthora sojea in root exudates of maize. ③analyze the universality of effective compound in root exudates of maize. Based on these studies. We canexplorer the chemical ecology mechanism of “attrack-kill” pattern. These studies will benefit us to further understand the mechanism of disease suppression by biodiversity and to develop “attrack-kill” pattern to inhibit the demage of phytophthora.
作物多样性种植能够有效控制土传病害,根系-微生物相互作用抑制病原菌传播是间作抑制疫病的重要机制。前期研究发现大蒜和辣椒间作中大蒜根能够吸引辣椒疫霉菌的游动孢子,促使其转化为休止孢并最终裂解。这种“先吸引后裂解”的现象在多种非寄主植物根系-疫霉菌的相互作用中普遍存在,研究人所在团队将其命名为“attract-kill”模式。此模式可能是间作能控制疫病发生的重要机制。本论文针对“玉米/大豆疫霉菌”和“大蒜-辣椒疫霉菌” 互作模式对“attract-kill”控病模式开展深入研究,确定“attract-kill”控病模式中根系分泌物的功能,鉴定关键作用化合物,并探索其作用机制。具体研究结果如下:.(1)非寄主植物根系及根系分泌物是“attract-kill”策略的主要驱动力。不同浓度大蒜根系分泌物对辣椒疫霉游动孢子均有趋化性,并对游动孢子的各个阶段都有抑制,包括抑制游动孢子的释放和游动,休止孢子萌发,并引起游动孢子裂解。.(2)大蒜根系分泌物中特有的硫醚类化合物是大蒜抑制辣椒疫霉菌的主要物质,其抑菌活性与硫和烯丙基数量正相关。转录组显示诱导疫霉菌细胞凋亡是大蒜根际硫醚类化合物的重要抑菌机制,通过调控电子传递链、氧化应激系统导致活性氧爆发并调控PI3K-Akt和MEK-ERK1/2途径是主要分子调控机制。.(3)硫醚类化合物尤其是DATS和DADS还能诱导疫霉菌细胞发生自噬,细胞自噬协同细胞凋亡影响了硫醚类化合物的抑菌活性。mTOR、PI3K-Beclin-1复合体、ATG蛋白、NBR1自噬受体等相关基因表达的变化可能是硫醚类化合物调控细胞自噬的机制。.(4)玉米根系分泌物和根际土中共检测到5种酚酸,活性测试研究结果发现,肉桂酸型酚酸(苯环连接羧基乙烯基)对孢子游动和萌发的抑制效果强于苯甲酸(苯环连接羧基),同时羟基会减弱肉桂酸型酚酸的抑菌活性,甲氧基也对酚酸抑菌活性具备重要影响。.(5)玉米根系分泌物中的酚酸类化合物也在“attract-kill”过程中起重要作用,非寄主植物根系一方面分泌寄主缺失的强抑菌活性酚酸抑制疫霉菌生长,另一方面增加与寄主相同酚酸的根际浓度增强抑菌活性,而肉桂酸能够在较低浓度(0.5μg/ml)就表现出显著的趋化效果。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.16688/j.zwbh.2018487
发表时间:2019
期刊:植物保护
影响因子:--
作者:张贺;何依依;吴家庆;杨雨馨;郑凯元;杨敏;朱书生;何霞红;朱有勇;刘屹湘
通讯作者:刘屹湘
DOI:--
发表时间:2019
期刊:植物保护
影响因子:--
作者:吴家庆;马琳娜;张贺;李加云;孙俊薇;梅馨月;朱书生;何霞红;朱有勇;刘屹湘
通讯作者:刘屹湘
The plasticity of root distribution and nitrogen uptake contributes to recovery of maize growth at late growth stages in wheat/maize intercropping
小麦玉米间作中根系分布和氮素吸收的可塑性有助于玉米生长后期生长的恢复
DOI:10.1007/s11104-019-04034-9
发表时间:2020-02-01
期刊:PLANT AND SOIL
影响因子:4.9
作者:Liu, Yi-Xiang;Sun, Jian-Hao;Li, Long
通讯作者:Li, Long
DOI:--
发表时间:2019
期刊:植物保护
影响因子:--
作者:张贺;何依依;吴家庆;杨雨馨;郑凯元;杨敏;朱书生;何霞红;朱有勇;刘屹湘
通讯作者:刘屹湘
Appropriate nitrogen application enhances saponin synthesis and growth mediated by optimizing root nutrient uptake ability
适当的氮肥施用通过优化根部养分吸收能力来增强皂苷合成和生长
DOI:10.1016/j.jgr.2019.04.003
发表时间:2019-04
期刊:Journal of Ginseng research
影响因子:6.3
作者:Wei Wei;Chen Ye;Huichuan Huang;Min Yang;Xinyue Mei;Fei Du;Xiahong He;Shusheng Zhu;Yixiang Liu
通讯作者:Yixiang Liu
大蒜根泌硫化物塑造根际微生物群落协同控制辣椒疫病作用机制
- 批准号:--
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:33万元
- 批准年份:2022
- 负责人:刘屹湘
- 依托单位:
硫醚类化合物介导大蒜根系“attract-kill”控治疫病的细胞程序化死亡作用机制研究
- 批准号:31972328
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:刘屹湘
- 依托单位:
国内基金
海外基金
