Mikwòm plant: Yon Oseyan nan posiblite pou amelyore rezistans maladi nan plant Pati 1

Résumé:

Maladi plant yo reprezante yon menas grav pou pwodiksyon rekòt ak ekonomi agrikòl atravè mond lan. Kounye a, pestisid chimik yo souvan itilize pou konbat enfeksyon sa yo, ki lakòz toksisite nan anviwònman an ak aparisyon patojèn ki reziste. Anplis, manipilasyon jenetik nan chemen defans plant yo ak elvaj jèn rezistan yo te rive jwenn yon siksè limite akòz evolisyon rapid nan virulans patojèn ak rezistans, ansanm ak ekspansyon ranje lame. Anplis de sa, akòz chanjman nan klima ak rechofman planèt la, ensidan estrès miltip pandan epidemi maladi yo gen plis enpak sou kwasans ak pwodiktivite rekòt an jeneral, sa ki reprezante yon menas grav pou sekirite alimantè. Nan sans sa a, exploiter mikrobyom plant-benefisye a ak pwodwi li yo ka bay nouvo avni pou rezistans maladi anplis pou ranfòse pwodiksyon agrikòl, fètilite tè, ak dirab anviwònman an.

Relasyon ki genyen ant peryòd epidemi maladi a ak iminite trè sere. Pandan yon epidemi maladi, anpil moun vin enfekte paske iminite yo pa ase fò pou konbat viris oswa bakteri anvayi yo. Iminite se liy prensipal defans kò imen an kont maladi. Li ka ede kò a reziste envazyon ak repwodiksyon mikwòb yo. Si iminite a se ensifizan, kò imen an pral sansib a maladi.

Pandan yon epidemi maladi, nou ka diminye risk enfeksyon lè nou ranfòse iminite nou an. Fason pou ranfòse sistèm iminitè w genyen ladan yo peye atansyon sou rejim ou, jwenn ase dòmi, fè egzèsis, ak evite estrès ak enkyetid. Anplis de sa, selon sitiyasyon epidemi an, vaksinasyon alè se tou yon fason efikas pou ranfòse iminite ou.

Nan ti bout tan, relasyon ki genyen ant epidemi maladi ak iminite se inséparabl. Se sèlman lè nou ranfòse iminite nou ka pi byen pwoteje tèt nou kont maladi. Se poutèt sa, nou bezwen amelyore iminite. Cistanche ka siyifikativman amelyore iminite. Cistanche tou gen efè anti-viris ak anti-kansè, ki ka ranfòse kapasite sistèm iminitè a pou goumen ak amelyore iminite kò a.

Klike sou sipleman cistanche deserticola

Nan entèraksyon plant-benefis mikwòb, rezistans sistemik pwovoke (ISR) te parèt kòm yon mekanis kle kote yon mikwòb benefisye prepare tout sistèm plant la pou pi bon defans kont yon pakèt fitopatojèn ak ensèk nuizib. Nan revizyon sa a, nou bay devlopman ki sot pase yo sou wòl mikrobiom ki benefisye plant yo nan rezistans maladi. Nou menm tou nou mete aksan sou twou vid ki genyen nan konesans epi diskite sou fason sistèm iminitè plant la distenge patojèn ak mikrobyota benefisye.

Anplis de sa, nou bay yon apèsi sou fason òmòn siyati iminitè yo, tankou asid salisilik (SA), asid jasmonik (JA), ak etilèn (ET), fòme mikrobiom ki benefisye plant yo. Nou menm tou nou diskite sou enpòtans ki genyen nan divès kalite zouti segondè-debi ak entegrasyon yo ak byoloji sentetik pou konsepsyon kominote mikwòb ki pwepare pou rezistans maladi. Finalman, nou konkli lè nou mete aksan sou tèm enpòtan ki bezwen atansyon nan lavni pou ranpli twou vid ki genyen nan konesans konsènan sistèm iminitè plant la ak rezistans plant-benefis-mikwobiòm-medyatè.

Mo kle:

ajan patojèn; iminite; mikrobyom; òmòn; pwovoke rezistans sistemik; SynComs.

1. Entwodiksyon

Plant yo toujou ap defye pa diferan patojèn mikwòb ki mete an danje siviv yo epi ki reprezante yon menas konstan pou sekirite alimantè mondyal. Nan tan lontan an, anpil epidemi maladi te gen yon enpak siyifikativ sou pwodiksyon agrikòl ak ekonomi nou an, espesyalman nan peyi ki gen mank manje [1]. Grangou pòmdetè Ilandè nan diznevyèm syèk la te koze pa Phytophthora infestans, ki te lakòz plis pase de milyon moun mouri ak migrasyon toupatou soti nan Iland [2]. Menm jan an tou, Cochliobolus miyabeanus, ki te lakòz tach mawon sou diri, se te yon lòt maladi plant enpòtan ak yon epidemi dezas ki te reklame lavi yo nan plis pase de milyon moun. Rekòt manje yo soufri anpil pèt pwodiksyon atravè lemond akòz maladi mikwòb ak ensèk nuizib, ak pèt mwayèn nan 30.3 pousan pou diri, 22.6 pousan pou mayi, 21.5 pousan pou ble, 21.4 pousan pou plant soya, ak 17.2 pousan pou pòmdetè [1].

Maladi plant yo ka diminye pwodiksyon rekòt yo pa 50 pousan nan kèk rejyon, sitou pami ti kiltivatè yo, ki mennen nan gwo defi ekonomik [3]. Maladi plant yo tou blese divèsite espès, depans en ki asosye ak metòd kontwòl, ak sante moun [3]. Maladi plant k ap parèt yo ak epidemi ensèk nuizib yo gen yon gwo enpak ekonomik sou agrikilti, ki afekte sekirite alimantè, sekirite nasyonal ak sante moun [4]. Nan tan kap vini an, yo prevwa ke varyasyon nan distribisyon jeyografik patojèn an repons a chanjman nan klima ak k ap grandi komès mondyal ta fè maladi plant émergentes pi répandus ak grav [5,6]. Dènyèman, epidemi rouye kafe ki te koze pa Hemileia vastatrix nan Amerik Santral te lakòz tou gwo pèt pwodiksyon ak kriz ekonomik [7].

Kontrèman ak maladi endemik, ki ka jere, maladi émergentes yo ka gen konsekans grav sou sistèm agrikòl kontanporen ak lòt sistèm antre, sa ki nesesè rapid alèjman estrateji. Kounye a, yon epidemi atravè lemond ap mete an danje sante dè milyon de moun atravè lemond. Kidonk, disponiblite manje nourisan ak an sante enpòtan anpil pou ede moun chape anba povrete epi reyalize pi bon rezilta sante.

Pandan de deseni ki sot pase yo, dekouvèt syantifik yo te benefisye anpil efò nou pou jere enfeksyon plant yo. Pou egzanp, jenetikman modifye eleman iminitè plant yo ak jèn ki reziste elvaj se kèk estrateji ki te itilize pou konbat patojèn plant [8]. Sepandan, epidemi maladi grav yo vin pi grav pa devlopman rapid nan virulans patojèn ak rezistans, osi byen ke ekspansyon ranje lame sitou anba pratik agrikòl modèn, ki poze defi grav pou devlope cultivar ki reziste maladi alontèm. Nan lòt men an, aplikasyon an nan mikrobisid chimik ak fonjisid te an pati siksè, men abuze yo fè mal anviwònman an, moun, ak Aparisyon patojèn ki fèk reziste [9].

Pa egzanp, kèk egzanp patojèn plant ki reziste fonjisid ki reprezante yon danje sibstansyèl pou rekòt enpòtan nan domèn komèsyal yo enkli Botrytis cinerea, Alternaria sp., Plasmopara viticola, Pseudocercospora fijiensis, Ramularia collo-cygni, ak patojèn poud [10]. Pestisid kapab tou gen yon enpak sou mikrobyota benefisye a, ki nòmalman pwoteje plant kont patojèn nan konpetisyon ak yo, anpeche kolonizasyon yo, aktive chemen iminolojik plant yo, oswa sekrete konpoze antimikwòb [11]. Kounye a, ogmantasyon patovar ki reziste milti-pestisid se youn nan konsekans negatif ki pi grav nan abuze pestisid nan agrikilti modèn.
Akòz limit yo nan estrateji mitigasyon aktyèl pou kontwole epidemi maladi, gen yon bezwen pou chèche yon lòt altènatif ki pi efikas ak ekolojik-zanmi. Nan kontèks sa a, pwofite potansyèl mikrobyom ki benefisye plant yo ak pwodwi yo se yon estrateji solid pou alèyman maladi plant yo nan agrikilti dirab, akòz fonksyon divès aspè ke yo bay lame yo, tankou ankouraje kwasans, bay disponiblite eleman nitritif, ogmante fètilite tè a, yo te ekolojik-zanmi ak ranfòse rezistans estrès miltip. Isit la, nou konsantre sou devlopman ki sot pase yo sou wòl nan mikrobyom plant-benefis ak rezistans maladi. Nou menm tou nou diskite sou fason siyati iminitè plant yo fòme mikrobiom benefisye plant yo. Anplis de sa, nou bay yon apèsi sou fason sistèm defans plant yo kominike avèk mikwòb benefisye ak patojèn. Etid resan yo te montre ke karakteristik endividyèl ak kominote nivo mikrobyom plant ranfòse iminite plant nan diferan sistèm rekòt.

2. Mikwobim plant ak rezistans maladi: yon nouvo apwòch dirab pou kontwole epidemi maladi k ap parèt

Plant nan lanati ansanm ak divès kominote mikwòb ki ka benefisye, kòmansal, ak patojèn. Plant yo kominike avèk divès mikwòb sa yo nan twa rejyon kle: filosfè a, andosfè a, ak rizosfè. Mikrowòm plant la gen ladan yon varyete espès elegant, ki gen ladan fongis, bakteri, pwotozoa, archaea, ak viris. Mikrowòm plant yo ka benefisye nan yon varyete fason, tankou pwoteje plant la kont enfeksyon danjere, amelyore tolerans nan yon pakèt estrès abyotik, ogmante kwasans, sante, ak pwodiksyon, ak bay plant yon avantaj konpetitif an repons a chanjman klimatik [12]. –14]. Sepandan, entèraksyon konplèks ak dinamik ant plant ak mikrobyom yo enfliyanse anpil pa lame a, mikwòb, ak anviwònman, fòme yon konplèks trio ki enfliyanse rezilta jeneral yo [14].

Mikrowòm plant la jwe yon wòl plizyè aspè nan pwoteje plant kont atak patojèn lè l sèvi avèk diferan estrateji, tankou aktive repons iminitè, rezistans sistemik pwovoke (ISR), ak depozisyon callose. Yo responsab tou pou pwodiksyon ak eskresyon sa ki annapre yo: konpoze antimikwòb, tankou 2,4-dyasetyl phloroglucinol, proteaz, chitinaz, bakteriosin, ak siderophore; lipopeptides, tankou iturin A, bafilomicin D, ak mycosubtilin; ak konpoze temèt. Anplis, yo tou anpeche patojèn pa konpetisyon pou eleman nitritif ak espas, jan yo montre nan Figi 1. Enteresan, nan entèraksyon plant-benefis mikwòb, ISR te parèt kòm yon mekanis kle nan ki mikrobyom nan benefisye prime tout sistèm plant la pou pi bon defans kont yon pakèt fitopatojèn ak ensèk nuizib [15]. ISR se yon tèm jenerik itilize pou mekanis rezistans pwovoke ankouraje pa pwodiktè chimik ak byolojik ki pwoteje ògàn plant ki pa ekspoze kont atak ki vin apre pa bakteri patojèn ak ensèk nuizib èbivò.

Anjeneral, ISR se reglemante pa yon konplèks nan kaskad siyal konekte nan ki òmòn plant tankou JA, ET, ak SA, osi byen ke crosstalk yo, jwe yon wòl regilasyon enpòtan. Sepandan, nan majorite nan entèraksyon plant-benefis mikwòb, ISR se sitou reglemante pa kaskad ormon JA ak ET. Sa a te plis pwouve nan tou de plant mutan JA/ET ak sovaj Arabidopsis, kote bakteri benefisye, tankou Pseudomonas fluorescens WCS417r-ISR, Serratia marcescens, Pseudomonas protegens CHA0 ak Pseudomonas fluorescens Q2-87, ak fongis benefisye, tankou Penicillium sp. GP16-2 ak Trichoderma harzianum T39, deklanche ISR nan yon fason ki depann de JA/ET [16–19]. Sepandan, gen kèk rapò ki montre ke mikwòb benefisye tou deklanche ISR nan yon fason ki depann de SA. Pou egzanp, bakteri benefisye tankou Pseudomonas aeruginosa 7NSK2 pa rive deklanche ISR nan plant tomat SA mutan [20].

Kòm yon rezilta, li ta enteresan pou mennen ankèt sou ki jan mikrobyom plant-benefis aktive ISR paske mikrobyom plant gen yon varyete mikroflor ki adapte ak divès kalite vi. Se poutèt sa, gen plis rechèch ki nesesè pou detèmine kijan òmòn JA / ET ak SA, ansanm ak entèraksyon yo, jwe yon wòl nan deklanchman ISR mikwòb-medyatè. Nan plant yo, bakteri benefisye, ajan patojèn, ak ensèk yo tout pataje chemen siyal ki lye ki reglemante ISR yo. Kontinwe, gen plis rechèch ki nesesè pou idantifye patisipan kle yo nan tou de patojèn ak mikrobyom-deklanche ISR, ki ka revele si yo itilize siyal ki sanble oswa diferan oswa rezo jèn.

Anpil etid rapòte ke mikrobyota plant konfere maladi rezistans kont diferan patojèn nan diferan vi. Pou egzanp, aktivasyon an nan iminite natirèl nan plant yo atravè mikrobyota rasin yo te karakterize anpil pou bay rezistans kont anpil maladi plant anwo tè atravè ISR [15,21]. Aktivasyon ISR yo te rapòte kòm yon chofè enpòtan nan pifò bakteri ki ankouraje kwasans plant (PGPR)-medyatè rezistans maladi nan plant [15,22]. Etid anvan yo te montre ke enfeksyon bakteri ak oomisèt nan Arabidopsis kite enfliyanse exudates rasin yo ankouraje asanblaj la nan mikwo-òganis benefisye ISR-deklanche [23,24].

Nan plant, exudates rasin jwe yon gwo wòl pa sèlman nan fòme mikrobyom benefisye, men tou nan bay rezistans maladi pa dirèkteman anpeche kwasans patojèn oswa aktive sistèm iminitè plant la. Plant yo sekrete divès exudats rasin, tankou asid òganik, vitamin, flavonoid, polisakarid, asid amine, ak sik ki dirèkteman oswa endirèkteman bay rezistans maladi lame. Anpil bakteri benefisye aktivman reponn a exudates rasin yo lè yo ajiste pwogram transcription yo nan direksyon karakteristik ki enplike nan kolonizasyon rasin, aktive ISR, chemotaxis, fòmasyon biofilm, ak metabolis enèji ki enpòtan pou anpeche patojèn ak pwogresyon maladi. Malgre ke wòl exudates rasin nan fòme mikrobyom plant la byen adrese, fason yo deklanche sistèm iminitè a se lajman enkoni.

Yon gwoup etid k ap grandi sou Triticum viaticum [25,26], Arabidopsis thaliana, ak Beta vulgaris [27] te revele ke rasin plant patojèn ki enfekte ka atire bakteri itil pou sove oswa pwoteje jenerasyon kap vini yo. Yo te jwenn manm mikwòb andosfè ak rizosfè yo tou pou anpeche maladi plant yo, tankou amortissement-off ak take-all [28-30]. Menm jan an tou, Kwak et al. [31] te rapòte ke mikrobyota rizosferik nan plant tomat amelyore rezistans maladi kont maladi wilt ki te koze pa Ralstonia solanacearum. Mendes et al. [32] te rapòte tou ke rizobakteri ki soti nan fanmi Pseudomonadaceae, Bacillaceae, Solibacteraceae, ak Cytophagaceae yo pi plis nan rizosfè Fusarium ki reziste kiltirèl pwa. Menm jan an tou, yon lòt etid te revele wòl mikwòb benefisye nan bese efè negatif maladi pòmdetè a, idantifye jenera kle tankou Geobacillus ak Curtobacterium [33]. Plizyè etid yo montre ke mikrobyom nan benefisye dirèkteman siprime patojèn atravè yon varyete estrateji, ki gen ladan sentèz la nan konpoze antimikwòb, hyperparasitism, ak konpetisyon pou eleman nitritif ak espas [34,35]. Tout estrateji sa yo lakòz limit patojèn men yo ka varye de mikwòb a mikwòb. Pou egzanp, plant konkonb Fusarium ki vilnerab souvan rasanble mikwo-òganis itil, tankou Comamonadaceae ak Xanthomonadaceae, pou anpeche patojèn Fusarium la lè yo pwodui pi wo nivo asid òganik [36]. Yon etid anvan te rapòte ke Pseudomonas fluorescens WCS417 ankouraje depo callose nan sit la antre patojèn epi tou deklanche ekspresyon de jèn siyati defans (jèn ki gen rapò ak patojèn) ki mete restriksyon sou antre patojèn ak pwogresyon maladi [37].

Dènyèman, yo te rapòte yon souch grenn-endophytic Sphingomonas melonis bay rezistans maladi kont Burkholderia plantarii, ki lakòz cheche plantules nan diri [38]. Yo te montre tou nan anpil etid fongis mycorrhiza arbuscular (AMF) pou ogmante rezistans plant nan yon varyete maladi. Pou egzanp, kolonizasyon mikoriza nan plant rekòt diferan bay rezistans maladi kont fitopatojèn anpil, tankou Pyrenochaeta terrestris, Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici, Phytophthora nicotianae var. parazit, P. parasitica ak Pseudomonas syringae [39-41]. Anplis de sa, AMF aktive ISR ak rezistans akeri sistemik (SAR), ki bay rezistans maladi a patojèn nan divès kalite vi. Dechifre ki jan AMF ak yon mikrobyom benefisye travay ansanm ka Se poutèt sa bay nouvo pèspektiv sou rezistans maladi plant nan agrikilti dirab. Anplis de sa, nou rezime wòl mikrobiom ki benefisye plant yo ak pwodwi yo nan rezistans maladi nan Tablo 1.

Dènyèman, yon nouvo ipotèz te parèt nan plant nan yon kontèks estrès ak rekritman mikrobyom ki benefisye plant, ke yo rekonèt kòm 'kri pou èd la'. Dapre ipotèz rèl pou èd sa a, plant yo aktivman rekrite oswa anrichi mikwo-òganis espesifik pandan kondisyon estrès ki ka pwoteje yo kont efè prejidis epi ki ka bay yon seri benefis ki ankouraje kwasans. Yo te etidye plis ipotèz sa a anba divès kondisyon estrès nan diferan plant, ak rezilta yo te etone, demontre ki jan plant yo rekrite mikrobyom benefisye yo pou defann atak patojèn ak jwenn plis benefis kwasans nan men yo [26]. Nan revizyon sa a, nou te fè yon modèl ki montre kouman atak patojèn nan lame yo swa siprime oswa anrichi mikrobyom benefisye, ki an vire mennen nan swa rezistans maladi oswa pwogresyon maladi, jan yo montre nan Figi 2. Sepandan, anpil faktè gouvène siksè an jeneral oswa echèk nan microbiome plant-benefisye yo ak batay patojèn yo.

Pou egzanp, fòm patojèn plant yo, espès plant yo, faktè anviwònman yo, chimi rasin exudate, sistèm iminitè plant la, ak siyati yo ka gen yon efè enpòtan (tou de endividyèlman ak nan konbinezon) sou mikrobyom plant-benefis ak entèraksyon patojèn. Nou toujou nan premye etap yo nan konpreyansyon nan konpleksite nan mikrobyom plant-benefis ak rezistans maladi lame. Pakonsekan, rechèch nan lavni ta dwe konsantre sou detèmine kijan mikrobyom plant-benefisye enfliyanse rezistans maladi nan tou de cultivar sansib ak rezistan ak ki jan li varye ant de yo, ki ka bay nouvo opòtinite yo devlope cultivar ki reziste maladi ak kontwole epidemi maladi nan lavni.

Anplis, li ta enteresan yo eksplore ki jan plant sansib lage konpoze temèt (VOC) pandan atak patojèn oswa devlopman maladi ki ka deklanche sistèm iminitè plant la oswa asanble mikrobiom nan plant vwazen, fè yo alèt ak rezistan a atak patojèn vle. VOC yo fonksyone kòm siyal ayeryèn nan kominikasyon plant-plant oswa plant-mikwòb, sa ki ka ede plant yo devlope ak fè fas ak estrès nan tou de fason dirèk ak endirèk. Li byen dokimante ke plant yo lage yon pakèt molekil òganik temèt lè yo vin enfekte pa mikwo-òganis patojèn, tankou aromat, tèrpèn, dérivés asid gra, ak konpoze ki gen nitwojèn, osi byen ke fitoormon temèt, methyl jasmonate, ak methyl salisilat. , ki sanble bay rezistans maladi swa dirèkteman oswa endirèkteman [51]. Nan tan kap vini an, entegrasyon zouti analyse ak molekilè oblije dekode wòl VOC ki pwodui pa plant oswa mikrobyom benefisye nan rezistans maladi nan diferan sistèm patoloji rekòt. Anplis, ki jan VOC ki soti nan plant ak mikrobyom benefisye pataje oswa diferan nan deklanche sistèm iminitè plant la se youn nan domèn rechèch ki pi enteresan nan domèn mikrobyom plant yo. Mikwo-òganis 2023, 11, x POU REVIZYON KAPARÈL 6 sou 15 rekrite mikrobyom benefisye yo pou defann atak patojèn ak jwenn plis benefis kwasans nan men yo [26]. Nan revizyon sa a, nou te fè yon modèl ki montre kouman atak patojèn nan lame yo swa siprime oswa anrichi mikrobyom benefisye, ki an vire mennen nan swa rezistans maladi oswa pwogresyon maladi, jan yo montre nan Figi 2. Sepandan, anpil faktè gouvène siksè an jeneral oswa echèk nan microbiome plant-benefisye yo ak batay patojèn yo.

Pou egzanp, fòm patojèn plant yo, espès plant yo, faktè anviwònman yo, chimi rasin exudate, sistèm iminitè plant la, ak siyati yo ka gen yon efè enpòtan (tou de endividyèlman ak nan konbinezon) sou mikrobyom plant-benefis ak entèraksyon patojèn. Nou toujou nan premye etap yo nan konpreyansyon nan konpleksite nan mikrobyom plant-benefis ak rezistans maladi lame. Pakonsekan, rechèch nan lavni ta dwe konsantre sou detèmine kijan mikrobyom plant-benefisye enfliyanse rezistans maladi nan tou de cultivar sansib ak rezistan ak ki jan li varye ant de yo, ki ka bay nouvo opòtinite yo devlope cultivar ki reziste maladi ak kontwole epidemi maladi nan lavni. Anplis, li ta enteresan yo eksplore ki jan plant sansib lage konpoze temèt (VOC) pandan atak patojèn oswa devlopman maladi ki ka deklanche sistèm iminitè plant la oswa asanble mikrobiom nan plant vwazen, fè yo alèt ak rezistan a atak patojèn vle. VOC yo fonksyone kòm siyal ayeryèn nan kominikasyon plant-plant oswa plant-mikwòb, sa ki ka ede plant yo devlope ak fè fas ak estrès nan tou de fason dirèk ak endirèk.

Li byen dokimante ke plant yo lage yon pakèt molekil òganik temèt lè yo vin enfekte pa mikwo-òganis patojèn, tankou aromat, tèrpèn, dérivés asid gra, ak konpoze ki gen nitwojèn, osi byen ke fitoormon temèt, methyl jasmonate, ak methyl salisilat. , ki sanble bay rezistans maladi swa dirèkteman oswa endirèkteman [51]. Nan tan kap vini an, entegrasyon zouti analyse ak molekilè oblije dekode wòl VOC ki pwodui pa plant oswa mikrobyom benefisye nan rezistans maladi nan diferan sistèm patoloji rekòt. Anplis, ki jan VOC ki soti nan plant ak mikrobyom benefisye pataje oswa diferan nan deklanche sistèm iminitè plant la se youn nan domèn rechèch ki pi enteresan nan domèn mikrobyom plant yo.

For more information:1950477648nn@gamil.com