马铃薯青枯病根际微生物组群落结构解析及拮抗菌筛选
批准号：
32060720
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
35.0 万元
负责人：
颜朗
依托单位：
学科分类：
植物营养基础
结题年份：
2024
批准年份：
2020
项目状态：
已结题
项目参与者：
颜朗
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
马铃薯青枯病是世界范围内毁灭性土传病害，严重者可导致80%以上的生产损失，已成为四川省凉山州马铃薯生产中的重要病害之一。由于其病原体青枯雷尔氏菌具有小种多样性且极易发生变异，目前生产上尚无抗性品种及有效防治措施。由于青枯菌受环境因素影响大，与寄主根际环境间存在着复杂的互作，因此青枯病的生物防治可首先开展病原微生物与根际微生物间互作关系的研究。本研究主要围绕马铃薯青枯病抗性相关根际微生物组的结构和功能，通过扩增子和宏基因组测序手段挖掘青枯菌有效拮抗菌。针对常规培养基分离拮抗菌可能性较小的问题，采用重建拮抗菌全基因组信息并结合系统发育分析获得近源菌株特异性培养条件，进一步分离培养拮抗菌并验证其功能。本研究针对四川凉山马铃薯主产区青枯病的生物防治问题，分析病原体、拮抗菌和根际微生物之间的相互作用关系，为解决马铃薯土传病害的生物防控提出新的思路，同时具有向生产实践转化的可能性。
英文摘要
Bacterial Wilt is a devastating soil-borne disease worldwide which has been one of the severe diseases in potato production in Liangshan Prefecture, Sichuan Province. In severe cases, it can cause more than 80% of production losses. Since its pathogen, Ralstonia solanacearum, showed race diversity and variation, there is no resistant potato varieties and effective control measures against bacterial wilt at present. However, R.solanacearum is greatly affected by environmental factors and there is a complex interaction between pathogenic and rhizosphere microorganism, identifying the mutual interaction could be a valuable strategy for biological control of bacterial wilt. This study focused on the structure and function of rhizosphere microbiome related to potato bacterial wilt and explored the effective antagonistic bacterial of R.solanacearum by amplicon and metagenomic sequencing. To solve the potential problem that the isolation of the antagonistic bacteria may be difficult using routine medium, it is proposed to reconstruct the genome of antagonistic bacteria and combine with phylogenetic analysis to obtain the specific culture conditions of the allied strain, and further isolate and culture the antagonistic bacteria and verify its antagonistic function. This study aimed at the biological control of bacterial wilt in the main potato producing areas of Liangshan, Sichuan, and explored the interaction between pathogens, antagonistic bacteria and rhizosphere microorganisms, proposing new ideas for biological control of potato soil-borne diseases and having the potential to transform into production practices.
本项目围绕马铃薯青枯病的病原菌与根际微生物组的互作关系开展系统研究，旨在筛选高效拮抗菌并探索生物防治的新策略。项目主要研究内容包含病原菌检测技术建立及优化、根际微生物组深度解析及拮抗菌筛选、拮抗菌的作用机制研究、田间试验及应用验证。研究首先优化了青枯菌的快速检测技术，建立了一种高灵敏度的PCR检测体系，并开发了基于分光光度法的菌液浓度测定方法，提高了病害监测的精准性。在根际微生物组研究方面，研究通过高通量测序对比分析了健康植株与感染植株的根际微生物群落，发现健康植株根际富集了一些潜在有益菌，而易感品种的根际环境中则是病原菌及机会致病菌的丰度较高。通过系统分析，研究确定了一批与青枯病抗性相关的关键菌群，并筛选出14株具有强拮抗作用的菌株，其中PRM1菌株（恶臭假单胞菌）表现出最优异的抑菌活性。进一步研究表明，这些拮抗菌主要通过分泌抗菌代谢物、竞争铁离子、形成生物膜等多种机制抑制青枯菌的生长，并能够在根际环境中稳定定殖，提高植株的抗病能力。田间试验验证了高效拮抗菌的生防效果，施用PRM1菌株的田块青枯病的发病率由45%降低至19.5%，表明该菌株具有较高的应用潜力。此外，拮抗菌施用后，土壤微生物组结构得到优化，有益菌丰度显著提高，进一步增强了作物的抗病能力。项目还探索了细菌环状RNA在拮抗菌适应性调控中的作用，发现DucS RNA在氧化胁迫环境下可提高拮抗菌的存活率和抗菌活性，这一发现为未来通过RNA调控优化微生物农药提供了新思路。本项目研究成果已在Genes & Genomics、Nature Communications、Frontiers in Microbiology、Frontiers in Plant Science 等期刊上发表6篇学术论文，并申请2项专利，同时在中国典型培养物保藏中心（CCTCC）保藏了3株自主分离的青枯病原菌及拮抗菌。本研究不仅深化了对马铃薯青枯病发生机制的认识，为青枯病的绿色防控提供了新策略，也为微生物农药的开发及农业可持续发展提供了实践依据。
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