昆虫病原真菌绿僵菌提高拟南芥抗病虫能力的分子机制

科研

RESEARCH

进展

蚜虫取食拟南芥

2022年11月2日，Science China Life Sciences期刊在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王成树研究组同辛秀芳研究组合作完成的题为“Promotion of Arabidopsis immune responses by a rhizosphere fungus via supply of pipecolic acid to plants and selective augment of phytoalexins”的研究论文，揭示了昆虫病原真菌绿僵菌能够同拟南芥形成根际定殖关系，为拟南芥提供哌啶酸(pipecolic acid, PIP)，诱导植保素合成等进而提高植物的抗病虫活性。

Research background

研究背景

昆虫病原真菌，如白僵菌和绿僵菌等，除了能够感染杀虫外，也能够与不同种类的植物形成内生或根际定殖关系而进行营养换，促进植物生长发育、提高抗逆性等。王成树研究组前期研究发现，同不同细菌和植物类似，罗伯茨绿僵菌(Metarhizium robertsii, M. r.)能够通过多条合成PIP，作为底物合成苦马豆素(swainsonine，SW)等次级代谢产物。其中赖氨酸氨基转移酶SwnA是负责PIP合成的主要因子，贡献>80%；过表达SwnA可显著提高绿僵菌中PIP和SW的合成水平(Luo et al., 2020. ACS Chem Biol)。

水培系统中绿僵菌能够定殖于拟南芥的根际

Research content

研究内容

考虑到PIP及其羟化产物N-羟基哌啶酸(N-hydroxypipecolic acid, NHP)是植物系统免疫的重要调节因子，该研究利用绿僵菌野生型和SwnA过表达菌株(OE)，以及拟南芥ald1 (负责PIP合成)和fmo1 (负责NHP合成)等突变株系为对象，在发现封闭的无菌土壤环境不利于接种的丁香假单胞菌(Pst)形成典型病害特征的情况下，建立了拟南芥根部无菌水培系统进行绿僵菌接种试验。结果证明，绿僵菌合成的PIP能够被拟南芥吸收，尤其是在ald1中检测到PIP，而且SwnA过表达菌株能够更好地提高拟南芥的抗病性和抑制桃蚜的繁殖危害能力。进一步分析发现，绿僵菌接种后，能够选择性地诱导拟南芥合成植保素 (camalexin)和萝卜硫苷(4MSOB), 但不影响芥子油苷(I3M)的合成等，为绿僵菌促进、提高拟南芥的抗病虫活性提供了一定的依据。

根部接种绿僵菌能够促进拟南芥的抗细菌活性

该研究表明，根际真菌可以为植物提供免疫调节因子PIP的新型互作关系；论文结果也预示着，筛选和使用高产哌啶酸的植物根际促生菌将便于更好地提高作物的抗病虫能力。

接种高产哌啶酸的绿僵菌能够更好地提高拟南芥Col-0的抗蚜虫能力

Related information

相关信息

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后罗飞飞、唐桂容副研究员为共同第一作者，王成树研究员为通讯作者。该研究得到中国科学院前沿科学重点研究计划和国家自然科学基金委等项目资助。

转自：“iPlants”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！