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真菌多样性与真菌病害调控技术研发团队在植物钾营养调控植物免疫方面取得新进展

作者:梁晓飞 刘小凤  来源:  发布日期:2024-05-22  浏览次数:

近日,我院真菌多样性与真菌病害调控技术研发团队在钾营养调控免疫、促进植物抗病性机理方面取得新进展。相关研究以“Changes in planta K nutrient content altered the interaction pattern between  Nicotiana benthamiana and  Alternaria longipes ”为题发表在《Plant, Cell & Environment》上。我院博士生杜友伟、刘广利和贾宏辰为该论文的共同第一作者,孙广宇教授和梁晓飞副教授为共同通讯作者。

钾营养元素作为一种植物体内大量元素影响植物生长发育,并在增强植物抗病能力方面发挥重要作用。合理利用钾肥可以增强作物对大量病原菌的抗性,如在充足钾(高钾)水平下苹果树对腐烂病菌的抗性达到近乎免疫的程度。然而,钾营养促进植物免疫以及影响植物-病原菌互作模式的机制尚不清楚。

该研究以烟草赤星病害体系为对象,解析了病原菌和植物在不同钾水平下的动态互作模式,发现在不同钾含量的植物中,植物和病原菌分别采用不同的策略相互斗争。在高钾条件下,烟草在受赤星病菌侵染时主要通过激活 NLRs 家族免疫蛋白 NbRPM1 ,  NbR1B23 和 NbNBS12 的表达,提高病程相关蛋白表达、促进活性氧迸发和抗菌代谢物的合成积累,抑制病原菌的侵染和扩展。病原菌在侵染低钾烟草时,通过提高毒素相关基因的表达、调动分泌蛋白LKCSP与NbR1B23互作,抑制植物抗性;而在侵染高钾烟草时,则通过提高胞壁降解酶相关基因表达,并调动分泌蛋白HKCSP1、HKCSP2分别与NbRPM1和PR5互作,抑制植物抗病能力。二者斗争的结果是:在低钾下病原菌占据上风,成功侵染并严重致病,而在高钾下寄主植物完胜病原菌,抗病性显著增强、有效抵御病原菌危害。该研究发现钾元素提高植物免疫的新机制,并绘制了植物与病原菌在不同钾营养条件下相互斗争的新景观,为植物营养元素影响植物-病原物“军备竞赛”理论提供了新见解。

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不同钾营养水平下植物-病原菌互作模式图

本研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金和国家苹果现代产业技术体系等项目的资助。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14956

编辑:刘小凤

审核:郭   军