推荐:江舜尧
编译:云
编辑:小菌菌
中山大学生命科学学院广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室曹理想副教授等人于2019年5月15日在微生物顶级期刊Microbiome发表题目为《Engineering banana endosphere microbiome to improve Fusarium wilt resistance in banana》的文章,该研究揭示了香蕉内生菌对提高枯萎病抗性的重要价值。
文章摘要
研究背景:内生菌对寄主植物的生长和健康非常重要。微生物群落分析是鉴定在群落中关键微生物物种的一种很好的方法。该研究通过比较香蕉根和茎尖在生长和萎蔫过程中的内生细菌和真菌群落,探讨了香蕉枯萎病发病过程中关键细菌与寄主植物之间的相互作用。被分离出来的关键细菌经过进一步改造提高了香蕉对枯萎病的抗性。方法:本文利用IlluminaMiSeq高通量测序分析香蕉内生菌多样性,通过核心共生菌的分离、表面展示质粒构建、植物病害生防实验等一系列研究方法,发现了具有ACC脱氨酶活性的改造候肠杆菌E5能促进香蕉植株生长,提高香蕉枯萎病抗性。结果:香蕉内生菌群落结构在植株生长和萎蔫过程中会不断地变化。随着香蕉的发育,其茎尖和根内中的细菌和真菌多样性会增加。所有样品中均检测到不同相对丰度的肠杆菌科(Enterobacteriaceae)细菌。克雷伯氏菌属(Klebsiella)可能是香蕉幼苗生长过程中的关键细菌。枯萎过程中,与枯萎病相关的镰刀菌(Fusarium)相对丰度并没有增加。在肠杆菌科选择性培养基上分离到内生肠杆菌科菌株Enterobactersp.E5、Kosakoniasp.S1和Klebsiellasp.Kb,并通过进一步改造,使细菌细胞壁上能表达1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶(分别命名为E5P、S1P和KbP)。盆栽试验表明,接种菌株E5、E5P、S1和S1P的植株比未接种菌株的植株对枯萎病的抗性更强,而接种克雷伯氏菌(Kb和KbP)的植株对枯萎病的抗性没有增强。与野生株E5和S1相比,工程株E5P显著提高了植株的抗枯萎病能力,而S1P显著促进了植株生长。结果表明,香蕉微生物群落中的关键种在数量上可能不占优势,关键种应该与枯萎病抗性有关。结论:本文研究结果表明,工程菌的ACC脱氨酶活性对香蕉枯萎病抗性和生长发育具有重要的促进作用。通过内生菌改造,使植物微生物组中关键细菌的细胞壁表达ACC脱氨酶在提高枯萎病抗性和促进植物生长方面具有很大的发展前景。
文中重要图片说明:
表1 | 细菌和真菌OTUs的α多样性指数
表2 | 不同菌株ACC脱氨酶活性及IAA浓度
表3 | 生长因子、乙烯浓度和香蕉的IAA浓度
图1 | 细菌OTUs韦恩图;
图2 | 真菌OTUs韦恩图;
图3 | 外植体(Sroot和Sstem)假茎和根内细菌OTUs的系统发育分析;
图4 | 香蕉健康植株(Broot和Btip)茎尖和根内细菌OTUs的系统发育分析;
图5 | 香蕉植株(Hroot和Htip)茎尖和根内细菌OTUs的系统发育分析;
图6 | 香蕉枯萎植株(Wroot和Wtip)茎尖和根内细菌OTUs的系统发育分析;
图7 | 真菌OTUs的系统发育分析;
图8 | 内生真菌群落的系统发育树状图。
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