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研究人员发现有害菌抵御农药和有益菌威胁的机制
日期:2018-06-05 作者:未知 来源:编译:龚晶 点击:
     供养农田上农作物的土壤中充满了生命。无数细菌和真菌争夺土壤里的空间和食物。其中大多数都对农作物无害,许多还对于土壤的健康至关重要,但也有一些会造成毁灭性的植物疾病,因此农民很烦恼,经常使用化学农药来抑制这些病原体。
    一项最新研究显示,有害微生物需要对付的不仅仅是农民的化学攻击,还有微生物邻居。而且这些微生物邻居也同样采用化学战来抵御威胁。
    威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)微生物医学及免疫学教授南希·凯勒(Nancy Keller)数年来一直致力于研究土壤病原菌的隐秘世界,监听它们之间互相发送的化学信号。她团队的最新研究破解了其中一种信号。当导致青枯病的雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)试图感染镰胞菌属真
    菌水稻恶苗病菌(Fusarium fujikuroi)时,水稻恶苗病菌会释放大量抗菌化合物来抵御入侵者。
    有很多研究旨在弄明白脚下土地里的微生物群落,该研究只代表了其中一小部分。和研究动物微生物学的时候一样,科学家试图弄清土壤当中都有哪些微生物,它们释放出什么信号,这些信号都有什么含义。对这些丰富群落的更多认识有望帮助科学家应对微生物给农作物带来的持续威胁。
    该研究于5月22日发表在生物学期刊《mBio》上。凯勒的合作研究者来自美国康奈尔大学(Cornell University)、伊利诺大学芝加哥分校(University of Illinois at Chicago)以及德国明斯特大学(Westfälische Wilhelms-Universität)。
    “雷尔氏菌是一种全球范围内具有很大杀伤力的青枯病病原体,可损害200余种植物。”凯勒说道。她同时在细菌学系担任职务,还是植物病理学讲师。水稻恶苗病菌所在的镰胞菌属(Fusarium)是导致农作物真菌枯萎病的主要原因。这两种微生物可以在同一个宿主身上定殖,例如番茄植株。
    凯勒开始研究细菌与真菌之间的相互影响纯属偶然。她所在实验室的一些真菌孢子无意间到了隔壁植物病理学教授凯蒂林·艾伦(Caitilyn Allen)实验室的细菌培养皿当中,一些学生发现这两种微生物看起来既在竞争又在交流。
    数年的细致研究表明雷尔氏菌可以诱发附近的真菌产生独特且坚硬的厚壁孢子(chlamydospores),而厚壁孢子可以帮助真菌在胁迫下存活。接着雷尔氏菌会侵入这些孢子,或许这是一种度过寒冬的方式。凯勒的实验室于2016年发表了这些发现。
    他们还注意到,真菌镰胞菌属的厚壁孢子变成了锈红色。在当前研究中,他们发现锈红色是由比卡菌素(bikaverin)导致的,这种化学物质可以帮助真菌抵御细菌的感染。
    凯勒的团队发现,雷尔氏菌分泌的一种化合物可以导致镰胞菌属发育出厚壁孢子,并合成包括锈红色比卡菌素在内的一系列抗微生物因子,以保护这些孢子免遭感染。当科学家去除镰胞菌属合成比卡菌素的功能后,雷尔氏菌就能更有效地感染镰胞菌属。
    除镰胞菌属之外,其他真菌也可以合成比卡菌素。另一物种灰霉菌(Botrytiscinerea)也是具有破坏性的植物病原菌,在古老的基因转移当中获得了镰胞菌属合成比卡菌素的机制。如果把灰霉菌也放置在导致镰胞菌属发育厚壁孢子的细菌群落中,灰霉菌也会发育出同样的厚壁孢子结构,而且也开始合成比卡菌素。想必是因为比卡菌素的抑菌效果。
    令研究人员感到惊奇的是,无论处于什么样的环境当中,雷尔氏菌都可以诱发两种真菌合成比卡菌素。通常情况下,镰胞菌属和灰霉菌合成这一红色比卡菌素的条件差别很大,主要取决于可用的营养素。但是雷尔氏菌感染的威胁超越了两种真菌在合成条件间的差异,令两者均释放比卡菌素以自我防御。
    凯勒表示,这种应答式的攻守策略当然仅仅是隐秘世界微生物之间互相传递的化学信号的冰山一角。各种细菌与真菌组成的乐团无时无刻不在演奏着这些信息组成的交响乐。科学家要做的就是去探寻交响乐背后传递的信息。
    “我们对这些微生物之间互动及交流的了解仅仅在初期阶段。”凯勒说道,“我们尚不清楚它们之间如何交流,这也是我们实验室接下来的研究方向。”
(来源:威斯康星大学   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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