关键词:
曲霉菌
松墨天牛
松材线虫病
松材线虫
柄曲霉素
摘要:
松材线虫病是我国林业的重要生态灾害,松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是其病原。松材线虫病主要通过媒介昆虫携带松材线虫进行传播,在我国南方地区主要的媒介昆虫为松墨天牛(Monochamus alternatus),寄主为马尾松(Pinus massoniana)。松材线虫和松墨天牛在宿主马尾松内的共存是“松材线虫-松墨天牛”复合体形成与该病传播的重要前提,其分子生态学机制依然存在诸多未知。许多报道已经证实了伴生微生物参与松材线虫病传播的全过程,包括“松材线虫-松墨天牛”复合体的形成,并起关键作用。本研究从伴生微生物角度出发,通过多组学协同的方式,探索了关键微生物对“松材线虫-松墨天牛”复合体形成的促进作用,并基于以上理论基础,测试了新的松材线虫防治方法。主要结论如下:
(1)松材线虫入侵导致曲霉属真菌的富集并通过其代谢物柄曲霉素促进松材线虫的增殖与致病。
前期研究中我们证实了松材线虫的入侵能够诱导马尾松内关键微生物曲霉属真菌,特别是Aspergillus arachidicola的富集,本研究发现,曲霉属真菌富集能够显著诱导(是对照组的2.61倍)其重要代谢物柄曲霉素的合成以及alf R(控制合成柄曲霉素的基因)的表达,并促进松材线虫的增殖与致病。进一步,通过外源导入不同浓度柄曲霉素的方式,我们发现松材线虫的繁殖和寄主马尾松的死亡率与柄曲霉素浓度呈现显著正相关。通过表型、转录组、微生物组和代谢组联合分析,发现柄曲霉素可以操控大量马尾松抗性相关的基因、微生物和代谢物,抑制马尾松体内的活性氧积累,从而促进线虫的增殖与致病。
(2)松材线虫入侵导致的柄曲霉素累积通过诱导VOC合成正向促进松墨天牛对马尾松的寄主选择性。
在对不同浓度柄曲霉素处理的马尾松材料进行代谢组检测后发现大量的萜烯类物质的前体含量与柄曲霉素浓度呈显著正相关,由此我们推测柄曲霉素能够促进挥发性有机化合物(VOC)的合成,进而影响松墨天牛的趋向性。因此,我们利用代谢组对以上植物材料进行了VOC的检测,发现马尾松中VOC的总量也与柄曲霉素的浓度呈现显著正相关。此外,通过嗅觉实验,我们进一步证实,随着植物材料中柄曲霉素浓度的升高,松墨天牛对其取食选择比例显著提升。
(3)Chiricanine A能够通过抑制曲霉属真菌的富集有效控制松材线虫病传播。
曲霉属真菌存在专性抑制剂,chiricanine A,因此我们也通过使用chiricanine A对以上理论进行了测试,并初步探索了其应用前景。首先,我们在室内对chiricanine A的效果进行了测试。发现chiricanine A处理马尾松后,与对照相比曲霉属真菌和afl R的表达量,分别下降了4和1.77倍;与甲维盐相比chiricanine A的短期抑制效果并不十分突出,但是长期控制效果显著高于甲维盐;曲霉属真菌与柄曲霉素均能有效恢复chiricanine A给松材线虫增殖与致病带来的负面影响。在野外测试中,通过两年的观测,chiricanine A处理显著提升了松树的存活率,分别比对照组高出1.17倍和1.33倍;松树中松材线虫数量显著减少(分别降低了2.36倍和22.05倍),以及afl R基因的表达水平(分别降低了2.15倍和18.07倍)也显著下降。
综上所述,本研究明确了松材线虫入侵能够促进马尾松体内曲霉菌的富集,并通过柄曲霉素操控马尾松自身及伴生微生物群落,促进松材线虫的增殖与致病以及松墨天牛的趋向性,最终促成松材线虫与松墨天牛的共栖,这一发现对于深入理解松材线虫病的发生和传播机制具有重要理论意义;同时,本研究首次明确指出chiricanine A具有阻遏松材线虫病传播的功能,为开发松材线虫病新型生物防治策略提供了理论依据。