‘红颜’草莓根冠腐烂病病程次生代谢物鉴定与外源验证

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随着我国城市化进程加速与经济增长,人们对美好生活的向往愈发强烈。除传统城市公园外,都市楼顶景观蔚然兴起。草莓是蔷薇科(Rosaccae)草莓属(Fragaria)多年生草本浆果,其既可赏花又能赏果,且果实可食用的多重优势,使其成为广泛应用于楼顶、阳台景观的园林植物。但根冠腐烂病引起草莓死亡,严重影响了景观的观赏性与耐久性。根冠腐烂病致病菌包括炭疽菌属、疫霉属、新拟盘多毛属、壳球孢属等多属真菌。目前,尚未选育根冠腐烂病广谱抗性品种。解析草莓根冠腐烂病抗病机制,培育抗病品种需求迫切。因致病菌多样,参与根冠腐烂病识别过程的模式受体(PRRs)/R蛋白不同,基于受体的抗性改良可能不具广谱性。而炭疽、新拟盘多毛孢、球壳孢等致病菌引起的根冠腐烂病都形成根冠红褐色块斑。因此,基于病程关键代谢物发掘和代谢物外源验证的草莓根冠腐烂病抗病机制解析,对根冠腐烂病广谱抗性种质创制及栽培措施改良具有重要意义。本试验的主要研究内容和结果如下:(1)草莓根冠腐烂病致病菌分离与鉴定。试验从表现典型根冠腐烂病病状的192个草莓根冠、叶柄样本分离50个菌株,基于柯氏法则确认其中21个为草莓根冠腐烂病致病菌,21个菌株在培养基上呈现三种不同的菌落形态,分别为正面灰色菌落,反面红色圆环;正面白色菌落兼有红色圆环,反面黄色圆环;正面为灰色菌落,反面黑色斑点。每种形态选取5个菌株,观察孢子形态,初步判断其为炭疽菌。三种菌落形态各选取一个菌株,通过钙调蛋白(CAL),肌动蛋白(ACT)、β-微管蛋白2(TUB2)基因构建系统发育树,确认致病菌为暹罗炭疽(Colletotrichum siamense),分别命名为C.siamense SCR-11、C.siamense SCR-7和C.siamense SCR-16。致病性测试表明C.siamense SCR-7为强致病菌株。(2)草莓根冠腐烂病病程关键代谢物发掘。基于组织病理与病状观察,选取C.siamense SCR-7接种起点、接种后6天两个时间点的‘红颜’草莓根冠样品进行病程代谢物发掘。广靶代谢组分析显示,C.siamense SCR-7侵染引起135种代谢物在草莓根冠差异积累,KEGG分析显示差异代谢物主要富集在酚酸和类黄酮代谢通路;同时,转录组分析、qRT-PCR显示‘苯丙烷生物合成’途径中关键酶基因,肉桂酸-4-羟化酶编码基因(CYP73A)maker-Fvb3-1-augustus-gene-32.39、maker-Fvb3-3-augustus-gene-265.35、maker-Fvb3-4-augustus-gene-28.69、maker-Fvb4-1-augustus-gene-40.31、maker-Fvb4-4-augustus-gene-252.22;咖啡酰莽草酸酯酶编码基因(CSE)augustus_masked-Fvb6-1-processed-gene-149.7、augustus_masked-Fvb6-4-processed-gene-231.3,咖啡酸3-O-甲基转移酶编码基因(COMT)maker-Fvb5-4-augustus-gene-52.49、maker-Fvb5-4-augustus-gene-52.50、maker-Fvb6-4-augustus-gene-120.33、maker--Fvb7-1-augustus-gene-300.64、snap_masked-Fvb7-3-processed-gene-16.41的表达水平为C.siamense SCR-7侵染所诱导。联合分析显示C.siamense SCR-7侵染引起草莓根冠‘苯丙烷生物合成’途径代谢物积累,且该途径中关键酶编码基因表达水平显著升高。(3)关键代谢物外源验证。基于组织病理与病状观察发现‘苯丙烷生物合成’途径中间产物,对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸处理增强了‘红颜’草莓C.siamense SCR-7感病性。C.siamense SCR-7侵染使草莓根、茎、叶中过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2-)、丙二醛(MDA)累积。相较于阴性对照,C.siamense SCR-7侵染使茎过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2-)、丙二醛(MDA)含量同步上升。抗氧化物质方面,过氧化物酶(POD)活性变化与C.siamense SCR-7侵染相关。外源对香豆酸处理下调了茎过氧化物酶(POD)活性,但茎总酚含量升高。此外,肉桂酸-4-羟化酶编码基因(CYP73A)maker-Fvb4-1-augustus-gene-40.31表达量为对香豆酸、阿魏酸、咖啡酸处理所诱导;外源阿魏酸提高了咖啡酰莽草酸酯酶编码基因(GSE)augustus_masked-Fvb6-4-processed-gene-231.3的表达量。外源咖啡酸与对香豆酸诱导3-O-甲基转移酶编码基因(COMT)maker-Fvb5-4-augustus-gene-52.49、maker-Fvb5-4-augustus-gene-52.50表达。外源苯丙烷代谢物通过调节活性氧(ROS)、抗氧化物质和‘苯丙烷生物合成’途径基因的表达,增强C.siamense对红颜草莓的侵染。
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