火龙果茎溃疡病植株茎组织真菌群落特征分析.pdf
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1、5期1283火龙果茎溃疡病植株茎组织真菌群落特征分析姚姿婷1,贤小勇1,李瑞芳1,韦小妹1,邹承武2,朱桂宁1*(1广西农业科学院植物保护研究所/广西作物病虫害生物学重点实验室/农业农村部华南果蔬绿色防控重点实验室,广西南宁530007;2广西大学农学院,广西南宁530004)摘要:【目的】明确火龙果茎溃疡病对火龙果植株茎组织真菌群落的影响,为揭示火龙果溃疡病发生机制及防治技术研究提供理论依据。【方法】采集火龙果健康植株和溃疡病发病植株茎组织,利用Illumina高通量测序平台对植株茎组织真菌rDNA的ITS序列进行测序,分析健康植株与发病植株茎组织中的真菌群落特征差异。【结果】火龙果健康植株
2、茎组织的真菌群落多样性显著高于发病植株(P0.05,下同),且健康植株与发病植株茎组织的真菌群落组成具有明显差异。与健康植株相比,发病植株茎组织的子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)相对丰度较高,分别为49.11%和10.90%,门分类水平的未知真菌(unclassified_k_Fungi)的相对丰度较低(39.97%)。在属分类水平上,发病植株茎组织存在8个优势属,其中柱节孢属(Neoscytalidium)的相对丰度最高(33.29%),汉纳酵母属(Hannael-la)、Dirkmeia、丛赤壳科未知属(unclassified_f_Nectriac
3、eae)和刺盘孢属(Colletotrichum)4个优势属的相对丰度显著高于健康植株,未在健康植株检测到柱节孢属、维希尼克氏酵母属(Vishniacozyma)和Meira;健康植株茎组织存在4个优势属,其中地霉属(Geotrichum)和链格孢属(Alternaria)的相对丰度显著高于发病植株。线性判别分析(LEfSe)结果显示,发病植株的柱节孢属和维希尼克氏酵母属以及健康植株的地霉属最能解释健康植株与发病植株间的差异。通过比对FUNGuild数据库预测真菌的营养型,发现发病植株中丰度最高的营养型为病理营养型(15.46%),健康植株中丰度最高的营养型是腐生营养型(7.95%)。【结论】
4、火龙果发生茎溃疡病后其茎组织的真菌群落多样性显著下降,真菌群落结构发生改变。当病原营养型真菌显著富集在茎组织中时会破坏茎组织的菌群平衡,可能促进了茎溃疡病的发生。关键词:火龙果;溃疡病;茎组织;真菌群落;多样性中图分类号:S436.679文献标志码:A文章编号:2095-1191(2023)05-1283-10收稿日期:2023-03-05基金项目:广西自然科学基金项目(2023GXNSFAA026271);广西农业科学院基本科研业务专项(桂农科2023YM05,桂农科2021YT063);广西农业科学院科技发展基金项目(桂农科2021ZX28)通讯作者:朱桂宁(1968-),https:/o
5、rcid.org/0000-0002-6719-9961,博士,研究员,主要从事植物病理学及杀菌剂研究工作,E-mail:第一作者:姚姿婷(1983-),https:/orcid.org/0000-0001-5780-338X,博士,副研究员,主要从事特色果蔬病害发生与综合防治研究工作,E-mail:优秀青年学者论坛南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023,54(5):1283-1292ISSN 2095-1191;CODEN NNXAABhttp:/DOI:10.3969/j.issn.2095-1191.2023.05.002姚姿婷(1983-),
6、博士,副研究员,主要从事特色果蔬病害发生与综合防治研究工作。主持国家自然科学基金青年基金项目“真菌病毒FsCV1介导甘蔗镰孢菌致病力衰退的分子机制研究”和广西自然科学基金项目“内生菌对火龙果溃疡病的生防潜力及其作用机制研究”,作为主要成员参与国家自然科学基金项目“14-3-3蛋白调控轮枝镰刀菌的菌丝生长和致病性的分子机制”等8项。在 Frontiers in MicrobiologyBiotechnology for Biofuels Plant Disease Current Genetics 植物病理学报 生物技术通报 南方农业学报 等国内外期刊发表学术论文30余篇,参与获得国家发明专利6
7、项,荣获广西高等教育自治区级教学成果奖三等奖1项。54卷南 方 农 业 学 报 12840引言【研究意义】植物微生物组的变化可能是植物主动寻求与微生物合作以缓解环境因子带来的压力,从而更好地适应环境(Hassani et al.,2018;Liuet al.,2020)。这种植物与其微生物组之间的相互作用被认为是植物维持健康的关键因子之一(Li etal.,2022)。大多数核心真菌类群与植物病害发生严重程度及生物防治的有效性相关(Liu et al.,2022)。火龙果(Hylocereus undatus)又称红龙果、仙蜜果、龙珠果等,属于仙人掌科(Cactaceae)量天尺属(Hylo-
8、cereus)。由于火龙果果实富含维生素、花色苷及膳食纤维等,具有较高的营养价值和经济价值,是近年兴起的热带、亚热带水果,在全球的栽培面积不断扩大。我国火龙果种植区主要位于广西、广东、海南、云南和贵州等地,其中以广西的种植面积最大(唐景美等,2020)。火龙果溃疡病全年均可发生,是目前火龙果生产上发生最严重的病害之一(彭超等,2015;欧善生等,2019;柏自琴等,2020),但目前火龙果发生茎溃疡病时其茎组织真菌群落特征尚不清楚,因此,明晰火龙果健康植株与溃疡病植株茎组织的真菌群落特征差异,可为了解火龙果溃疡病发病机理和研究综合防控火龙果溃疡病技术提供理论依据。【前人研究进展】火龙果发生溃疡
9、病初期,其植株嫩茎先出现圆形凹陷的褪绿病斑,随后病斑转为橘黄色,并在中央出现红褐色针状点,之后扩大成褐色突起病斑;发病后期,空气干燥时病斑呈灰白色木栓化突起,湿度大时茎部腐烂,干燥后形成圆形穿孔病斑,病斑会迅速扩散至成熟茎和果实,严重影响火Characteristics of fungal community in stems of pitayawith canker diseaseYAO Zi-ting1,XIAN Xiao-yong1,LI Rui-fang1,WEI Xiao-mei1,ZOU Cheng-wu2,ZHU Gui-ning1*(1Plant Protection Rese
10、arch Institute,GuangxiAcademy ofAgricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Biology forCrop Diseases and Insect Pests/Key Laboratory of Green Prevention and Control on Fruits and Vegetables in South China,Ministry ofAgriculture and RuralAffairs,Nanning,Guangxi 530007,China;2College ofAgriculture
11、,Guangxi University,Nanning,Guangxi 530004,China)Abstract:【Objective】This study clarified the influence of canker on the fungal community in stem tissues of pitaya,to provide theoretical reference for the research on the occurrence and the prevention and control of pitaya canker.【Method】The stem tis
12、sues of healthy and canker diseased plants of pitaya were collected,and the ITS sequences of rDNA of fungiin stem tissue were sequenced using Illumina high-throughput sequencing platform,so as to analyze the characteristicsand differences of fungal communities in the stem tissues of healthy and dise
13、ased plants.【Result】The diversity of fungalcommunity in stem tissues of healthy plants was significantly higher than that of diseased plants(P0.05,the samebelow),and the composition of fungal community in stem tissues of healthy plants was greatly different from that of di-seased plants.Compared wit
14、h healthy plants,the relative abundance of Ascomycota and Basidiomycota in stem tissues ofdiseased plants was higher,which were 49.11%and 10.90%,while that of unclassified_k_Fungi at the phylum level waslower(39.97%).At the genus level,there were 8 dominant genera in the stem tissue of the diseased
15、plants.And the rela-tive abundance of Neoscytalidium was the highest(33.29%).The relative abundance of 4 dominant genera,includingHannaella,Dirkmeia,unclassified_f_Nectriaceae,and Colletotrichum was significantly higher than that of the healthyplants,while Neoscytalidium,Vishniacozyma and Meira were
16、 not detected in healthy plants.There were 4 dominantgenera in the stem tissues of healthy plants,of which the relative abundance of Geotrichum and Alternaria was significant-ly higher than that of diseased plants.The results of linear discriminant analysis effect size(LEfSe)showed that the diffe-re
17、nce between healthy and diseased plants could be best explained by Neoscytalidium and Vishniacozyma in diseasedplants and Geotrichum in healthy plants.By analyzing the FUNGuild database to predict the trophic types of fungi,it wasfound that pathotroph(15.46%)contained the highest abundance in diseas
18、ed plants,while saprotroph(7.95%)containedthe highest abundance in healthy plants.【Conclusion】When the pitaya canker occurred,the diversity of fungal communi-ty decreased significantly,and the composition of fungal community changed.When fungi of the pathotroph enriched sig-nificantly in stem tissue
19、s,the balance of the fungal community would be disturbed and probably trigger stem canker.Key words:pitaya;canker;stem tissue;fungal community;diversityFoundation items:Guangxi Natural Science Foundation(2023GXNSFAA026271);Basic Research Project ofGuangxi Academy of Agricultural Sciences(Guinongke 2
20、023YM05,Guinongke 2021YT063);Science and TechnologyDevelopment Fund of GuangxiAcademy ofAgricultural Sciences(Guinongke 2021ZX28)5期1285龙果产量(Chuang et al.,2012;Hong et al.,2020)。东南亚和美国等国家的火龙果种植区,以及我国台湾、广东、广西等地均先后报道导致火龙果溃疡病的主要病原菌是新暗色柱节孢(Neoscytalidium dimidiatum)(Chuang et al.,2012;Ezra et al.,2013;Ho
21、ng et al.,2020;Dy et al.,2022;Salunkhe et al.,2022)。在火龙果溃疡病病斑处分离到柱节孢属(Neoscytalidium)、刺盘孢属(Colletotrichum)和链格孢属(Alternaria)真菌的频率分别为13.9%47.2%、022.2%和02.8%,且刺盘孢属真菌仅在3月底至4月初期间可分离到(Hong et al.,2020)。致病力检测结果显示,新暗色柱节孢接种14 d导致病斑大小为3.511.59 cm,而刺盘孢属和链格孢属导致的病斑大小分别为0.260.18和0.070.03 cm(Hong et al.,2020)。当新暗色
22、柱节孢与刺盘孢属等真菌混合接种时,可产生更多甚至更严重的症状(易润华等,2013;张荣等,2013)。上述结果提示,茎组织上栖息的微生物可能起到生物防治或促进作用来抑制或促进溃疡病的发生。植物微生物组菌群组成和多样性的变化均与植物病害发生有一定的相关性(李梦雅等,2021;姬俊华等,2022)。如在抗青枯病番茄品种的根际中积累形成了一组有益菌群,移植这组菌群到易感青枯病番茄品种的根际土壤中可显著降低番茄青枯病的发生率(Kwak et al.,2018);当番茄根际土壤中的保护性革兰氏阳性菌失调,又会促进青枯病的发生(Lee etal.,2021)。柑橘黄龙病发病较轻的植株,其叶际和根际微生物群
23、落的多样性较高,而发病严重的植株,其叶部和根部微生物群落多样性较低,随着腐生营养型菌群进一步富集并取代黄龙病细菌亚洲种的优势地位,加速了柑橘的腐烂坏死(Ginnan et al.,2020)。【本研究切入点】目前,对火龙果茎组织微生物群落特征的研究还鲜有报道,尤其是缺乏对火龙果茎溃疡病相关真菌群落特征的了解,而了解火龙果茎组织的真菌群落特征是研究火龙果溃疡病防治技术的前提。【拟解决的关键问题】采用Illumina高通量测序平台对真菌rDNA的ITS序列进行测定分析,以比较火龙果健康植株与发生溃疡病植株茎组织之间的真菌群落特征差异,初步探索火龙果茎溃疡病发生对火龙果茎组织真菌群落组成和多样性的影
24、响,为揭示火龙果溃疡病发生机制及防治技术研究提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料2021年10月于广西南宁市广西农业科学院里建科学研究基地(东经1081256,北纬231444)的火龙果种植园(品种为金都一号)进行样品采集。果园采用水泥柱式种植模式,行距2.5 m。每隔5行选1行进行采样,共选择3行采样行。在每采样行随机选取6株发生溃疡病的植株(溃疡病发生初期,5%0.8且P0.05的数据进行绘图。2结果与分析2.1火龙果健康植株和溃疡病植株茎组织真菌群落多样性分析结果本研究测序2组6个样本共得到339086条有效序列,平均每个样本序列数为5651413538条。以序列之间相似性100%定
25、义为1个ASV,此次序列聚类共得到295个ASV,所有样本覆盖率均在99.9%以上(表1),说明测序所得数据可真实反映样本内真菌群落的多样性。韦恩图(图1-A)分析发现,火龙果健康植株与发病植株茎组织共有87个ASV,共有ASV在健康植株和发病植株的相对丰度之和分别为95.24%和62.40%。健康植株的特有ASV数为155个,比发病植株多104个,但健康植株的特有ASV相对丰度之和仅为4.76%。发病植株特有ASV数为51个,但其相对丰度之和为37.60%。可见,发病植株与健康植株差异主要源于其特有的ASV。进一步分析菌群丰富度(Chao1指数)、多样性(Shannon指数)和优势类群均匀度
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