植物病害可对农业生产造成严重危害。及时、准确识别植物病害是开展有效病害管理的基础和前提。随着信息技术的迅速发展,利用图像处理技术进行植物病害识别的研究和应用日益增多,提高了植物病害监测和管理水平,为保障农业安全生产提供了有力支撑。本文从植物病害图像识别、病害图像获取和预处理、病害图像分割、病害图像特征提取和选择、病害图像识别模型和应用等方面对植物病害图像识别研究和应用中存在的问题进行讨论,提出相关的解决方案,并从病害图像获取和管理、病害图像识别关键技术、多平台病害图像识别等方面对未来植物病害图像识别研究和应用前景进行展望,旨在为植物病害图像识别研究和应用提供参考,促进植保信息化和智慧植保的发展。

在农作物病害防控领域,利用抗病基因改良作物品种是最为经济有效的策略。其中,编码核苷酸结合和富含亮氨酸重复序列受体(Nucleotide-binding, leucine-rich repeat receptor, NLR)蛋白的抗病基因因其分离鉴定数量众多且应用广泛,成为该领域的研究重点。近年来,随着测序技术革新及结构生物学研究突破,NLR领域在基因高效克隆(含NLR基因及其对应病原菌无毒基因的挖掘)、激活机制解析(如抗病小体介导的钙离子通道信号传导及TNL介导的信号分子生成)及分子设计应用(包括结构域嵌合改造、跨物种抗性转移及 helper NLR共转移技术)等方面取得显著进展。本文系统综述了上述前沿成果,并结合高通量测序、人工智能结构预测及基因编辑技术,对解析NLR信号通路中钙信号解码机制与免疫稳态调控网络、创制持久广谱抗病品种的未来研究方向进行了展望。

植物与病原菌在长期协同进化过程中形成了高度复杂的互作关系,其核心在于病原菌效应子和植物免疫系统之间持续升级的攻防博弈。植物通过先天免疫系统激活多层次防御反应以抵御病原菌侵染,而病原菌则进化出多样化的效应子,这些效应子能够精确靶向植物免疫系统的关键调控节点:不仅能干扰病原相关分子模式触发的免疫(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应子触发的免疫(Effector-triggered immunity,ETI)等基础免疫通路,还能调控植物激素信号转导和活性氧代谢等防御网络。更为关键的是,病原菌效应子通过直接调控寄主基因表达、靶向关键转录调控元件、调控表观遗传修饰及转录后修饰等策略,实现对寄主转录网络的系统性重编程,完成免疫逃逸与侵染致病。近年来,植物病原菌操纵寄主免疫应答的致病机制研究取得显著进展,本文系统综述了病原菌效应子通过干扰免疫信号通路和重编程寄主转录组等途径调控寄主免疫的分子机制,探讨了相关研究在抗病材料创制中的应用,为解析植物与病原菌互作机制及作物抗病育种提供了理论依据。

淡紫紫孢菌(Purpureocillium lilacinum)对植物病原线虫具有良好的生防效果,但其田间应用长期局限于灌根、撒施和穴施等传统施药方式,亟需寻找更加高效的施药方法。本研究选取10种常见的水溶性肥料,通过平板测试及盆栽和田间试验,探究其对淡紫紫孢菌菌株36-1菌丝生长、产孢、孢子存活、根系定殖以及防治根结线虫病的影响。结果表明,史丹利、莱绿士、阿法姆和美乐棵4种水溶肥在商品推荐浓度范围内与菌株36-1的适配性相对较好,均能提高菌株36-1的孢子存活率及对南方根结线虫(Meloidogyne incognita)卵的寄生率。此外,上述4种水溶肥对菌株36-1发酵滤液毒杀线虫的能力均无显著影响。在人工接种M. incognita后线虫病发生较为严重的番茄地块中,将淡紫紫孢菌菌株36-1分别与美乐棵(2.5 g·L^-1)、莱绿士(0.5 g·L^-1)混合使用,在水肥药一体化条件下对根结线虫病的防治效果分别为39.41%和37.47%,与单独施用菌株36-1的防效无显著差异(P<0.05),但是番茄产量分别增加了34.64%和28.44%。因此,可以将淡紫紫孢菌应用于水肥系统,建立水肥药一体化的轻简化绿色防控作物线虫病害新模式。

植物次生代谢物是一类非植物生长发育必需的小分子化合物,包括酚类、萜类、含氮化合物等。次生代谢物是植物防御系统的重要组成部分,在植物与微生物的互作中发挥重要调控作用。微生物能够通过激活植物免疫系统或者分泌植物激素等多种策略调控植物次生代谢物的积累。同时,次生代谢物可通过多种机制抵抗病原菌侵染:1)促进水杨酸甲酯等信号分子合成,以激活系统抗性;2)作为植保素通过破坏病原菌膜结构、干扰代谢或诱导氧化应激实现直接抑菌;3)阻止病原菌毒性因子的合成和分泌。基于植物次生代谢物开发新型绿色农药已成为当前植物保护领域极具潜力的研究方向。本文系统综述植物次生代谢物在植物-微生物互作中的多重功能,总结其激活植物免疫和抵御病原菌的分子调控网络。

植物病害的发生不仅是植物与病原菌之间的互作,更是植物-微生物群-病原菌三者共同参与的复杂互作过程,其中微生物-微生物之间的互作在其中发挥着关键作用。近年来,随着高通量测序和微生物互作研究方法的发展,病原菌入侵对植物微生物组结构的影响逐步被揭示,包括寄主微生物组结构多样性变化、植物发病状态下的核心微生物组成及其功能的验证。在病害发展过程中,不同微生物之间通过资源重分配、直接接触互作、化学信号调控等方式相互影响,从而促进或抑制病原菌的定殖和致病力。本文综述了植物病害发生过程中的微生物组特征变化,探讨了在病害发生过程中微生物与病原菌之间的竞争与协作关系,并展望了生防菌高效利用、生防菌-病原菌互作、生防菌-微生物群互作等未来研究方向,以期为病害防控与植物健康微生物组设计提供理论基础。

由禾谷镰孢复合种群(Fusarium graminearum species complex, FGSC)引起的小麦赤霉病是当前制约小麦丰产和品质的重大真菌病害,严重威胁粮食和食品安全。由于缺乏抗病品种,化学防治长期作为防控小麦赤霉病的主要措施;随着农业高质量发展对绿色、可持续生产技术的需求日益增强,生物防治正逐渐成为作物病害可持续防控体系的重要组成部分。近年来,一批生防微生物被挖掘并用于小麦赤霉病的防控,展现出良好的应用潜力。本文系统梳理了已报道用于小麦赤霉病防控的微生物资源,归纳了生防菌的作用机制,评述了生防菌剂开发现状,并针对生防菌剂开发与应用中存在的问题提出相关建议,旨在为小麦赤霉病可持续防控提供相关理论与技术支撑。

甜菜坏死黄脉病毒 (beet necrotic yellow vein virus,BNYVV) 引起的甜菜丛根病是甜菜生产中最重要的病毒病害,严重影响甜菜的产量和含糖量。BNYVV由根部专性寄生的甜菜多黏菌 (Polymyxa betae) 持久性传播。甜菜多黏菌的休眠孢子堆能在土壤中长期存活,因此该病一旦发生很难根除,目前只能通过种植抗性品种降低病害引起的损失。近几年,随着单一抗性品种的大规模种植,世界各地包括我国新疆、黑龙江等甜菜产区已出现新的BNYVV变异毒株,变异毒株突破品种的抗病毒能力,引起更加严重的丛根病。本文综述了甜菜丛根病研究概况,重点介绍了近年来关于BNYVV-寄主-介体互作的研究进展,并对未来亟待突破的研究方向进行了展望。

由稻梨孢(Pyricularia oryzae)引起的稻瘟病是我国水稻生产中的重大生物灾害,在各稻区频繁暴发流行,严重威胁水稻的高产、稳产。本文简要综述了我国稻瘟病的发生与危害、稻梨孢的生物学与稻瘟病的侵染源、防治稻瘟病的化学药剂、稻梨孢致病机理与绿色农药开发候选靶标、稻梨孢无毒基因与水稻主效抗瘟基因、水稻抗瘟机理,以及水稻品种抗瘟性鉴定中存在的问题,并展望了稻瘟病绿色防控未来的研究重点,旨在推动我国稻瘟病绿色防控水平的提升。

小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. tritici)引起的典型气传病害,严重威胁着小麦安全生产。明确条锈病的菌源中心与传播路径对病害防控策略的制定具有重要意义。本文系统梳理了近70年来,我国4代锈病工作者通过田间调查、群体遗传学分析和气流轨迹模拟等方法,在小麦条锈病菌源中心及传播路径方面取得的进展,提出了“以田间调查为基础,群体遗传学分析为核心,气流轨迹模拟为验证”的综合研究方法体系,指出尚需进一步验证的路径,探讨未来融合前沿技术实现传播路径修正与细化的可能性,提出由定性研究向定量研究的发展设想,为实现条锈病可持续防控策略的制定奠定基础。

基因编辑是对基因组特定位点进行精准修饰的分子技术,其底盘工具经历了从锌指核酸酶(Zinc finger nucleases, ZFNs)、转录激活因子样效应子核酸酶(Transcription activator-like effector nucleases, TALENs)到规律成簇间隔短回文重复序列/CRISPR关联蛋白(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins,CRISPR/Cas)系统的技术迭代,其中CRISPR/Cas凭借高效性和简易的可编程性已成为主流工具。除传统的靶向敲除突变外,单碱基编辑、引导编辑及靶向敲入等精准化工具在植物体系中的开发和应用日趋成熟。在植物抗病研究领域,该技术不仅助力基因功能解析,更通过高通量功能基因筛选和饱和突变文库构建加速了抗病基因挖掘,并为抗病种质创新提供了多维度策略。本文梳理了基因编辑技术的发展脉络,重点剖析其在作物抗病研究中的应用进展,包括小麦抗白粉病、水稻抗稻瘟病和白叶枯病以及其它作物抗病相关基因编辑材料的创制,旨在为作物抗病机制解析与精准抗病育种研究和应用提供参考。

烟草黑胫病是由烟草疫霉(Phytophthora parasitica var. nicotianae)引起的重大土传病害,严重影响烟草生产。本研究采用稀释分离法从云南省玉溪市8个县(区)烟草根际土壤中分离获得16 000余株微生物,通过平板对峙法筛选出7株对烟草黑胫病菌具有显著拮抗作用的菌株。盆栽试验结果显示,7株拮抗菌均能显著抑制烟草黑胫病,其中菌株CJ-S-5292的防治效果最佳,达到75.79%,并表现出良好的根系定殖能力。经形态学观察、生理生化特性测定及基于16S rRNA和gyrB序列的系统发育分析,鉴定该菌株为解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。进一步研究发现,CJ-S-5292不仅能有效抑制烟草黑胫病菌菌丝伸长,还可导致菌丝出现分支增多、断裂等异常形态,其无细胞发酵上清液对病原菌生长也有显著抑制作用。施用方式比较试验表明,灌根(72.22%)和复合处理(75.91%)的防治效果显著优于叶面喷施(42.59%)。大田试验进一步证实,CJ-S-5292灌根处理对烟草黑胫病的田间防效达66.62%,与常规化学药剂的防效相当。本研究表明,B. amyloliquefaciens CJ-S-5292具有显著的生物防治潜力,为烟草黑胫病的绿色防控提供了优质菌种资源。

水稻病毒是制约水稻生产的重要生物因素之一,其致病机制涉及病毒与寄主植物之间复杂的相互作用。水稻病毒在致病过程中采取多种致病策略来操纵寄主细胞进程,从而促进病毒的侵染和复制。最近研究表明,不同类型水稻病毒的致病策略也存在一定的共性机制,表明有潜在的可用于这些病毒干预的保守靶点。本文围绕国内外水稻病毒研究的最新进展,对水稻病毒的不同致病机制以及不同水稻病毒致病因子的共性策略进行总结,以期为水稻广谱抗病毒育种以及精准防控提供靶标。同时,对未来水稻病毒致病机制的研究进行了展望。

植物的表面与内部栖息着各种各样的微生物,这些微生物及其产生物质被称为植物微生物组,对植物营养获取、免疫调节和胁迫耐受性等一系列基本生命活动产生影响。本文围绕植物微生物组的最新研究进展,着重阐述了植物微生物组的形成规律及对宿主表型的调控机制,深入探讨了植物微生物组在病害防治中的应用前景。此外,针对植物微生物组在引发或加剧病害方面的争议,文章进一步探讨了致病微生物组这一新兴研究范式的作用机制和驱动因素。未来通过人工智能、多组学技术与经典植物病理学研究技术手段交叉融合,有望揭示植物微生物组共生态与致病态的形成机制,为精准发掘和利用植物微生物组有益性状、构建高效安全环境友好的植物病害防控体系奠定理论基础,对推动农业可持续发展具有重要意义。

植物病原真菌的生长发育、环境适应性及侵染过程受到不同分子层面的精确调控,翻译后修饰(Post-translational modifications, PTMs)作为协调这些过程的“分子枢纽”发挥着关键作用。本文综述了植物病原真菌中几种重要的翻译后修饰类型,包括磷酸化、糖基化、泛素化、脂化修饰、新型酰化、氧化还原修饰以及ADP核糖基化修饰等,探讨了它们在调控植物病原真菌生物学过程和致病过程中的作用机制,总结了相关研究策略和方法,分析了翻译后修饰与植物病害防控的关系,并对未来植物病原真菌翻译后修饰领域的研究趋势进行展望,旨在为深入理解植物病原真菌的致病机制及开发新的病害防控策略提供理论依据。

黄单胞菌(Xanthomonas spp.)通过III型分泌系统(Type III secretion system, T3SS)向植物细胞递送效应蛋白(Type Ⅲ secreted effectors, T3Es),靶向寄主植物的免疫、代谢和激素信号网络,从而引发枯萎病、白叶枯病等重大病害。本文系统综述了黄单胞菌T3Es的功能多样性及其分子机制:转录激活因子样效应子(Transcription activator-like effectors,TAL效应子)通过特异性识别寄主基因启动子中的效应子结合元件(Effector-binding element, EBE),激活目标基因表达;非TAL效应子(non-TALEs)则通过泛素化、磷酸化等翻译后修饰或蛋白互作抑制植物免疫反应。为应对病原菌侵染,植物进化出多种抗病策略,包括:NLR(Nucleotide-binding leucine-rich repeat)受体介导的效应蛋白触发免疫(Effector-triggered immunity, ETI);执行基因利用EBE陷阱“劫持”TAL效应子从而激活超敏反应(Hypersensitive response, HR);以及感病基因启动子突变导致的抗病。本文深入解析了黄单胞菌T3Es与寄主植物的分子互作机制,为植物病害绿色防控提供了理论支持和技术路径。

花生(Arachis hypogaea)作为一种重要的油料作物,为人类提供了优质的植物油、蛋白质、膳食纤维、矿物质和维生素。然而,随着极端天气的频繁发生以及各类病原菌耐药性的增强,花生受到各种生物和非生物胁迫的影响。花生颈腐病的优势病原菌棉色二孢 (Diplodia gossypina)为世界各地花生产区花生颈腐病的主要病原,可造成严重的产量损失。为探讨其发病机制,对D. gossypina A20_4菌株进行了基因组测序分析。结果表明,D. gossypina A20_4菌株基因组组装大小为43.03 Mb, GC含量为54.91%;从头组装共鉴定出10,745个基因,其中包含41,526个编码序列和2.20%的重复序列。其中6,461个基因(60.13%)被BlastP GO注释,3,245个基因(30.20%)被KOG注释,3,093个基因(28.79%)被KEGG注释。同时,本研究利用SignalP、TMHMM、EffectorP和PHI-base等软件对该菌株全基因组编码的10,745条蛋白序列进行了分泌蛋白和效应子的预测分析,结果表明,D. gossypina A20_4基因组中有790个预测的分泌蛋白基因,利用dbCAN3等软件从这些分泌蛋白中分析鉴定到220个碳水化合物活性酶,以糖苷水解酶亚家族成员数量最多。分泌蛋白中效应蛋白的预测结果表明D. gossypina A20_4中有224个潜在的效应蛋白,其中222个蛋白的功能可被PHI-base注释,根据注释结果在该菌株中找到12个关键致病因子。此外,利用生物信息学软件对其基因组中的一个丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶SNF1基因进行了鉴定和分析,初步分析结果显示该基因与细胞自噬进程高度相关,而自噬进程已经被证实参与调控真菌致病力。以上研究结果将为我们了解D. gossypina的进化、致病分子机制以及宿主-病原体相互作用提供新的见解。

植物在生长过程中常遭受多种病虫害的侵袭,为应对病原体入侵,植物进化出了精密复杂的防御体系,可通过信号传递触发特定转录因子进行有效免疫应答。AP2/ERF (APETALA2/ethylene response factor)基因家族作为植物特有的转录因子在植物生长发育、应答生物和非生物胁迫等方面发挥着重要作用。本文结合国内外相关研究进展,简要综述了AP2/ERF转录因子的分类、结构特征、序列识别和功能,重点阐述了近年来AP2/ERF转录因子在参与植物抗病过程中涉及转录调控、磷酸化翻译后修饰调控、次生代谢物合成以及激素信号传导等方面的研究进展,为深入解析AP2/ERF相关的植物抗病机制提供了理论参考。最后对AP2/ERF研究和应用前景进行了展望。

香蕉枯萎病(Fusarium wilt)是由尖镰孢古巴专化型(Fusarium oxysporum f. sp. cubense, Foc)引起的一种土传病害,严重威胁着香蕉生产。生物防治是香蕉枯萎病综合治理体系中的重要组成部分。本研究以同一生境中的2种二倍体香蕉(斑叶蕉、野蕉)和2种三倍体香蕉(天宝矮蕉、矮杆大蕉)为研究对象,通过高通量测序分析其根部内生细菌群落的多样性,发现二倍体植株的内生细菌群落多样性高于三倍体植株;这两种类型香蕉根部内生细菌群落结构也存在一定的差异,二倍体植株中芽孢杆菌属(Bacillus)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)等重要生防微生物的物种相对丰度高于三倍体植株。从二倍体香蕉(紫苞芭蕉、斑叶蕉)中分离筛选到14株对Foc具有拮抗效果的内生细菌,盆栽试验结果表明其中2株贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis) ZB-1和Z-7灌根处理均能有效减轻由Foc引起的香蕉枯萎病的发病程度,其脂肽提取物可影响Foc分生孢子及菌丝的形态建成,导致Foc分生孢子产量分别下降了99.02%和98.67%,并破坏菌丝生物膜系统及抑制脂质代谢。本研究表明二倍体香蕉富含有益生防菌群,为开发基于微生物调控的香蕉枯萎病绿色防控技术体系提供了重要的理论依据和菌种资源。

由香蕉枯萎病菌4号生理小种(Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4,Foc TR4)引起的香蕉枯萎病是全球香蕉产业面临的重大土传病害,其土壤中的分生孢子和厚垣孢子是主要侵染源。构巢曲霉(Aspergillus nidulans)C2H2型锌指转录因子FlbC是调控分生孢子发育的关键因子。本研究在Foc TR4中鉴定到FlbC的同源基因FocFlbC,利用原生质体介导的遗传转化技术构建了其敲除突变体(ΔFocFlbC)和回补菌株,并分析了该蛋白的亚细胞定位和生物学功能。结果显示,FocFlbC定位于菌丝和分生孢子的细胞核。与野生型相比,ΔFocFlbC突变体在麦芽糖培养基上的菌丝生长速率显著降低,但在其他碳源培养基上无明显差异;该突变体在不同碳源培养基上的产孢量均显著降低,其中在麦芽糖培养基上野生型与突变体的产孢量比率最高,显著高于其他碳源培养基。虽然FocFlbC缺失突变对Foc TR4生物量累积和分生孢子萌发无显著影响,但与野生型相比,该突变体表现出:细胞壁和盐胁迫耐受性降低;α-淀粉酶、滤纸酶及β-1,4-D-葡聚糖酶活性下降,且相应水解酶基因的表达水平下调;以及致病力减弱。上述表型缺陷均可被回补菌株恢复。综上, FocFlbC不仅调控Foc TR4在麦芽糖培养基上的菌丝生长与产孢,还参与调控细胞壁完整性、盐胁迫响应、水解酶合成以及致病力等多个重要生物学过程,为深入揭示Foc TR4生长发育和致病分子机制奠定了理论基础。

马铃薯Y病毒属(Potyvirus)和马铃薯卷叶病毒属(Polerovirus)病毒在蔬菜作物上的发生较普遍,严重影响其品质和产量,为了更有针对性的研发绿色高效的植物病毒抑制剂,本研究利用属通用引物,通过RT-PCR对采自洛阳地区种植较多的蔬菜作物辣椒、番茄、南瓜、西葫芦、菜豆和豇豆疑似病毒病样品进行了检测和分析。结果表明,辣椒上的主要病毒为辣椒脉黄化病毒(pepper vein yellows virus,PeVYV),番茄上的病毒为马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY);南瓜和西葫芦上的主要病毒为小西葫芦黄花叶病毒(zucchini yellow mosaic virus,ZYMV)和南瓜蚜传黄化病毒(cucurbit aphid-borne yellows virus, CABYV),且ZYMV+CABYV复合侵染现象普遍;菜豆上的病毒为甜瓜蚜传黄化病毒(melon aphid-borne yellows virus,MABYV);豇豆上尚未检测到该两个属病毒。其中南瓜和西葫芦上ZYMV的发生较严重,且首次发现菜豆为MABYV的新自然寄主。系统进化分析表明,本研究所获得的PVY-LYFQ分离物与其他PVY分离物亲缘关系较远,且PVY基因组序列的变异进化与地域及寄主相关性较小;PeVYV基因组序列的变异进化与地域无直接相关性,但与寄主有一定的相关性;ZYMV基因组序列的变异进化与地域和寄主均有一定的相关性;CABYV和MABYV基因组序列的变异进化均与地域有一定的相关性。本研究为洛阳地区蔬菜上马铃薯Y病毒属和马铃薯卷叶病毒属病毒病的预防监测、防控措施的实施及防控药物的研发提供了重要的理论依据。

土传植物病原物可侵染多种作物,造成重大经济损失,严重威胁全球农作物生产安全。鉴于土传病害独特的侵染循环特征,精准定量检测播前土壤中的病原物含量对防控此类病害具有重要意义。本文梳理了土传病原物定量检测方法的发展历程,并以兼具高灵敏度、高特异性和绝对定量能力的qPCR技术为例,详细阐述了大样本土壤处理和基于内参校正的qPCR检测体系的一般流程和影响因素;解析了土壤病原菌水平与病害的关系和风险预警的依据;介绍了国内外检测技术的现状和未来发展趋势。本文旨在为大田土传病害治理及相关领域的研究者、技术服务部门和政策制定者提供理论依据和技术参考。

小麦土传病毒病是由土壤习居菌禾谷多黏菌(Polymyxa graminis)传播的土传病害。我国小麦土传病毒病的病原是小麦黄花叶病毒(Wheat yellow mosaic virus,WYMV)和中国小麦花叶病毒(Chinese wheat mosaic virus,CWMV)。这两种病毒的基因组序列、分子变异,病毒的分子特征和侵染过程都已得到了深入研究。本文一方面系统综述了小麦土传病毒病的病原特性、分布范围、传播机制、重要病毒蛋白的生物学功能及其致病机制,寄主关键的抗性数量性状基因座(Quantitative trait locus, QTLs)、抗病基因及其抗性机制;另一方面探讨了根际微生物对病害发生的调控机制以及当前病害绿色防控的主要措施。在此基础上,提出未来应聚焦于关键抗性基因的挖掘及其在抗性品种培育中的利用研究,建立基于土壤微生态的病害防控技术,从而为小麦土传病毒病的可持续防控提供技术支撑。

新德里番茄曲叶病毒(tomato leaf curl New Delhi virus, ToLCNDV)是我国新发现的一种烟粉虱(Bemisia tabaci)传双生病毒。它最早在浙江和上海发现,后又在江苏发现,严重危害到当地葫芦科作物生产。本研究对江苏南通地区采集的西瓜分离物进行PCR检测,并通过摩擦接种本氏烟、番茄、西瓜、甜瓜和黄瓜,接种植物均表现出卷曲、褪绿等症状,结果表明该病毒株系可以机械传播。通过PCR进行全基因组扩增与序列分析,结果表明其与我国已报道的分离物亲缘关系最近,均聚为一支。系统进化还显示该病毒的进化与地理位置呈现相关性,我国的ToLCNDV可能来源于印度地区。我国目前已发现的分离物序列均不存在基因重组现象。本研究对了解该病毒的来源、进化、变异以及防控具有一定的参考价值。

小麦茎基腐病主要由假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)引起,受秸秆还田、免耕或少耕等保护性耕作的影响,在我国黄淮海小麦-玉米一年两熟区呈现逐年加重的趋势。该病可导致小麦茎秆基部褐变腐烂,引发植株枯茎,形成“白穗”、瘪粒,严重影响小麦产量。F. pseudograminearum主要通过小麦地中茎或根茎结合部位侵染寄主;小麦收获后,病原菌在麦茬上持续繁殖,在田间借助粉碎秸秆进行扩散并周年积累;带菌种子或收割机上携带的病原菌可能参与该病害的远距离传播。苗期抗病性鉴定采用浸种接种法或病粒混土法;成株期鉴定可优先基于白穗率开展快速调查,并结合茎基部腐烂程度进行抗病性精准评价。 病害综合治理采用生态调控为主,生物防治与化学防治相结合的分级治理方式。选用‘衡观35’等抗茎基腐病小麦品种,重病田优先采用土壤深翻、化学药剂拌种、肥水管理、返青期防治、适期晚播等综合防治措施,可有效控制病害的发生与危害,保障小麦稳产与粮食安全。

异源三聚体G蛋白作为真核生物保守的信号元件,由Gα、Gβ和Gγ三个亚基组成,是跨膜信号转导的核心组份。在动物中,G蛋白通过G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors, GPCR)介导的鸟苷酸交换因子(Guanine nucleotide exchange factor, GEF)依赖途径实现信号转导。而植物则呈现出显著不同的调控模式,其异源三聚体G蛋白亚基数目明显减少,但参与调控的生物学过程却非常广泛,尤其在植物免疫防御中发挥核心作用。本文系统综述了植物异源三聚体G蛋白各组分的分子特征与结构-功能的关系,重点解析其在植物免疫信号通路中的调控网络与分子机制,并对该领域关键的科学问题进行了展望,以为相关研究提供参考。

在植物与病原物长期协同进化过程中,植物演化出一套完整的免疫系统用于限制病原物的侵染和危害。其中,定位于细胞质膜上的类受体激酶(Receptor-like kinases, RLKs)和类受体蛋白(Receptor-like proteins, RLPs)是植物先天免疫系统的关键组分。作为模式识别受体(Pattern recognition receptors, PRRs),它们通过感知病原相关分子模式(Pathogen-asso-ciated molecular patterns, PAMPs)或寄主衍生的损伤相关分子模式(Damage-associated molecular patterns, DAMPs),激活模式触发免疫(Pattern-triggered immunity, PTI)。尽管PTI的核心信号通路在植物中高度保守,但种内和种间PRRs的遗传变异显著影响其配体识别能力、信号激活效率及免疫反应强度。本文综述了PRRs的鉴定策略、其遗传变异的生物学意义及其在抗病育种中的应用潜力,并讨论了PRRs抗病谱的影响因素以及未来高通量鉴定PRRs抗性基因型的发展方向。

植物受到病原物侵染时会释放大量的挥发性有机化合物,这些化合物根据其化学结构及生物合成途径分为不同类型,主要包括萜烯类化合物、脂肪酸代谢化合物、苯类/苯丙烷类化合物以及含氮化合物。鉴于植物挥发性有机化合物具有抗菌活性和感染后大量释放的特点,已被认定在植物防御病原菌中发挥重要功能。本文从植物挥发性有机化合物与病原物的角度出发,围绕植物挥发性有机化合物的主要组分、植物挥发性有机化合物的直接抗菌作用以及对植物自身抗性的调节等方面,对国内外的研究成果进行综述,以期为植物挥发性化合物抵抗病原菌的侵染研究提供参考。

番茄作为山西省主栽蔬菜作物之一,常年遭受病毒侵染危害,严重影响番茄产量和品质。为明确山西省不同地区番茄上病毒发生种类及侵染情况,从7个市采集154份疑似病毒病番茄样品,利用小RNA测序结合PCR/RT-PCR进行病毒检测及分析。结果表明,山西省不同地区番茄样品中共检测到6种病毒,按检出率从高到低依次为黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus, CMV)(85.71%)、番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)(45.45%)、南方番茄病毒(southern tomato virus,STV)(41.56%)、番茄花叶病毒(tomato mosaic virus, ToMV)(27.27%)、马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)(25.97%)以及番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus,ToCV)(18.18%),CMV是侵染山西番茄的优势病毒。侵染类型分析表明,番茄样品共检测到32种侵染类型,包括4种单独侵染和28种复合侵染,CMV、CMV＋ToMV、CMV＋STV＋TYLCV、CMV＋PVY＋STV、CMV+TYLCV、CMV＋STV＋ToCV＋TYLCV和CMV+PVY 7种类型最为常见,分别占16.23%、10.39%、9.09%、8.44%、5.84%、5.84%和5.19%,主要表现花叶、蕨叶、黄化、曲叶等症状。此外,在22种侵染类型的样品中检测到CMV卫星RNA(CMV satellite RNA,satCMV),检出率为66.23%;其中10种侵染类型的样品为部分伴随satCMV。结合田间症状分析发现CMV、CMV+ToMV和CMV+PVY+STV侵染的田间番茄样品在伴随satCMV时症状加重,CMV+STV侵染样品在伴随satCMV时减轻,其余侵染类型伴随satCMV时不影响症状;遗传进化分析表明,10个satCMV山西分离物之间一致性为93.4%~100%,与中国、希腊分离物亲缘关系较近。该研究明确了山西省番茄上发生的6种病毒和1种卫星RNA,其中PVY和STV为首次在山西番茄上报道发生;系统分析了山西番茄病毒侵染类型与症状之间的关系,为番茄病毒病的快速诊断与防控提供重要参考依据。

In 2021, a tea plant leaf spot disease was found in the Jin Xuan tea plants( Camellia sinensis cv.Jinxuan). A representative strain was isolated from the diseased leaves according to Koch’s postulates. The isolates were further identified as Cladosporium cladosporioides based on morphological characteristics and phylogenetic analysis with internal transcribed spacer region (ITS) and β-Actin gene. The results showed that the pathogen causing the disease was Cladosporium cladosporioides. This is the first report of Cladosporium cladosporioides in tea plants in China

2024年3月在内蒙古自治区赤峰市发现了大量疑似感染番茄褐色皱果病毒(tomato brown rugose fruit virus, ToBRFV)的叶片和果实,本研究利用ToBRFV的特异性引物ToBRFV-MP-F/R进行RT-PCR扩增,获得了798 bp的目的条带。根据测序结果进一步设计了4对特异性引物并克隆得到了ToBRFV的全长基因组序列。通过NCBI blast比对发现获得的ToBRFV全长序列与番茄褐色皱果病毒山东分离物(ToBRFV-SD)的基因组核苷酸序列一致率最高(99.86%)。经系统进化分析发现内蒙古ToBRFV(ToBRFV-NMG)与山东分离物(ToBRFV-SD)聚在同一分支上,亲缘关系较近,且与烟草花叶病毒属的其他病毒也具有较近的亲缘关系。致病性分析表明感染病毒的番茄叶片汁液能侵染本氏烟、辣椒和番茄,产生与番茄田间发病一致的皱缩、花叶和坏死等症状,且经检测与ToBRFV-NMG的基因序列一致。以上研究结果表明内蒙古番茄叶片和果实受到了ToBRFV侵染,这是关于内蒙古地区番茄被ToBRFV侵染的首次报道,为当地病毒病的监测和防控提供了依据。

Root rot was found in main durian-planting areas in Hainan Province. The symptoms include root and root crown rot, which resulted in reduced tree vigor (leaf yellowing, leaf drop), branch wilt, even the death of entire tree. This causes serious economic losses to durian production. To identify the causal agent of this disease, diseased root samples of durian trees were collected from Sanya, Ledong, Lingshui and Baoting in Hainan Province from 2023 to 2024, and tissue isolation method was used to obtain potential pathogens. Based on morphological characteristics, phylogenetic relationship inferred from rDNA-ITS, Ypt1, β-Tubulin and EF-1α, and the result of pathogenicity test, the pathogen was identified as Phytophthora palmivora. This is the first report of durian root rot caused by P. palmivora in China.

植物病害是制约农作物产量和品质提升的关键因素,涉及病原种类繁多。其中,病原细菌所致病害具有传播快、防治难、危害大的特点。在与病原菌长期协同进化的过程中,植物逐渐进化出多层次的防御体系,其中通过模式识别受体(Pattern recognition receptors,PRRs)识别病原菌保守分子模式(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs),从而激活模式触发免疫(Pattern-triggered immunity,PTI),是其抵御病原菌侵染的第一道防线,有效阻断了绝大多数病原菌的进一步侵染。然而,病原菌也通过持续进化来逃避寄主的识别。因此,挖掘新的PAMPs对于应对病原菌的适应性变异、强化植物免疫体系至关重要。本文系统综述了植物病原细菌PAMPs的典型特征和鉴定方法,梳理了已报道的细菌PAMPs及其识别机制,以及下游信号通路研究进展,以期为新的PAMPs的发现与功能解析提供理论依据,为作物病害绿色防控策略的制定奠定科学基础。

为明确引起云杉(Picea asperata Mast.)叶枯病的病原,在辽宁省大连市采集云杉针叶病样,采用组织分离法进行病原分离,应用柯赫氏法则验证病菌的致病性。进一步通过形态学观察以及多基因(ITS-RPB2-TUB2-LSU)联合系统发育分析,确定其病原菌为Nothophoma quercina。测定N. quercina在不同培养基、碳源、氮源、温度、光照、pH值条件下的生长情况,结果表明以可溶性淀粉为碳源、尿素为氮源的SDA培养基,25 ℃、pH 7.0、光暗交替条件(12 h光照/12 h黑暗)最适合该菌菌丝生长。选取10种药剂对N. quercina进行室内毒力测定,发现98%吡唑醚菌酯原药(TC)对N. quercina的抑菌效果最好,EC₅₀值为0.0196 μg·mL^-1。在室内药效测定基础上筛选出5种抑制效果较好的药剂进行进一步的田间防效试验,结果表明,250 g·L^-1吡唑醚菌酯乳油(EC)的防效最好,7月份和9月份的防效均达到65%以上。研究结果为进一步揭示云杉叶枯病的发生规律以及化学防控奠定了基础。

水稻病毒病作为威胁我国粮食安全的重大生物灾害,近年呈现高发态势,其中南方水稻黑条矮缩病毒(southern rice black-streaked dwarf virus, SRBSDV)、水稻条纹花叶病毒(rice stripe mosaic virus, RSMV)等在华南稻区的复合流行尤为严重。针对传统防治技术存在监测滞后、农药过量施用及防控效率低下等存在的问题,本研究创新性地整合了“监测预警-源头阻截-精准施药”三位一体的水稻病毒病绿色轻简化防控技术体系。在广东省云浮市病害流行区开展系统验证的基础上,该技术体系形成了三大核心措施: 1)构建基于带毒率监测的早期预警系统; 2)采用防虫网覆盖育秧结合带药移栽的秧苗期防控; 3)建立基于病虫动态的大田精准施药规程。示范区应用结果表明,该体系对水稻病毒病的防控效果达96.7%以上,较常规防治区减少农药使用量30.0%,有效实现了病害防控效率提升与化学农药减量增效的双重目标。目前,本技术体系已形成可复制、可推广的标准化操作方案,不仅为广东稻区的病毒病防控提供了关键技术支撑,其“预防为主、绿色防控”的理念也为我国其他稻区的病害综合治理提供了重要的参考价值。

由水稻矮缩病毒(Rice dwarf virus,RDV)引起的水稻矮缩病是危害水稻安全生产的主要病毒病害,建立RDV的监测技术体系对于水稻矮缩病的田间早期预警与防控具有重要意义。本研究通过反转录PCR(Reverse transcription-PCR, RT-PCR)从RDV感染的水稻病株中扩增1 056 bp的P9基因片段,并将其在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中表达。以纯化的P9蛋白为抗原免疫新西兰雄兔,制备P9多克隆抗血清。酶联免疫吸附测定 (Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)结果显示该抗血清效价为1:32 000。蛋白质印迹(Western blotting)结果表明经抗原亲和纯化获得的多克隆抗体可特异性识别RDV感染的水稻病株及带毒介体黑尾叶蝉中的RDV P9蛋白。进一步将该多克隆抗体应用于间接ELISA和斑点ELISA(dot-ELISA)分析,并结合RT-PCR对采集自福建省莆田市仙游县的田间样品,包括水稻、稗草及3种昆虫介体(黑尾叶蝉、电光叶蝉、褐飞虱)共223份样本进行检测。结果显示:相对于RDV,水稻和稗草的感病率分别为29.03%和19.05%,黑尾叶蝉、电光叶蝉和褐飞虱的带毒率分别为12.28%、2.56%和0。本研究成功制备了高效价、高特异性的RDV P9多克隆抗体,基于此建立的血清学检测方法不仅提升了水稻矮缩病诊断的可靠性,更为后续P9蛋白功能研究及RDV检测提供了技术支撑。

苯基吡咯类(Phenylpyrroles, PPs)杀菌剂因其独特的作用机制,逐渐成为现代农业中防治植物病害的重要杀菌剂品种。然而田间抗药性菌株的出现和发展,已经成为其长效应用的制约因素。本文综述了苯基吡咯类杀菌剂的研发历程、主要品种、作用机制及其抗性发展状况,详细阐述了植物病原真菌对该类杀菌剂的抗性机制,主要包括Hog1-MAPK信号通路中组氨酸激酶基因Os1(HHK3)及其下游组分OS2、OS4、OS5等相关基因的突变,转录因子Mrr1的突变激活外排泵AtrB过表达等,旨在为苯基吡咯类杀菌剂的科学应用和抗药性治理提供参考。

通过平板对峙法、平板对扣法和防效试验探究蓝莓根部深色有隔内生真菌(Dark septate endophytes, DSE)对蓝莓根腐病菌(Fusarium oxysporum)的抑菌活性。结果表明,筛选出的8个DSE菌株均能成功定殖于蓝莓根部,且对F. oxysporum菌丝生长有明显抑制作用,最高抑制率为74.03%。这8个DSE菌株的挥发性产物和发酵滤液均能抑制F. oxysporum菌丝生长,其中DSE菌株挥发性产物对F. oxysporum菌丝生长的抑制率最高达37.25%,发酵滤液浓度为50%时对F. oxysporum菌丝生长抑制率最高达66.13%。在防效试验中,先将8个DSE菌株接种无菌蓝莓组培苗防治由F. oxysporum引起的根腐病,其中以FL1(Thozetella neonive)、MJY26(Phalocephala fortinii)和MF4(Phalocehala fortini)3个菌株的防效较好,分别为72.76%、75.86%和77.93%;接种这3个DSE菌株可显著激活蓝莓植株体内苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶和过氧化物酶抗氧化酶活性,同时使蓝莓苗的根系活力显著增强。从中选择对蓝莓组培苗根腐病防治效果最好的MF4菌株,通过盆栽试验对其进行进一步的根腐病防效测定,防治效果达79.27%。研究结果为开发对蓝莓根腐病有良好生防效果的DSE菌剂奠定了理论和实践基础。

Soft rot of konjac was found in main konjac-planting areas in Shangluo region of Shaanxi Province, China. The symptoms include petiole and corm rot, which result in leaf yellowing and wilt, even the death of entire plant. This has caused serious economic losses to konjac production. To identify the causal agent of this disease, petiole and corm samples of konjac with typical symptoms of soft rot were collected from Shanyang, Danfeng and Shangnan counties in Shangluo region from 2023 to 2024, and tissue isolation method was used to obtain potential pathogens. Based on morphological and biochemical characteristics, phylogenetic relationship inferred from full genome and the 16S rRNA sequence, and the result of pathogenicity test, the pathogen was identified as Raoultella ornithinolytica. This is the first report of konjac soft rot caused by R. ornithinolytica in the world.

由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)引起的水稻纹枯病是水稻三大病害之一,严重威胁水稻安全生产。当前,水稻纹枯病防控面临抗病种质资源严重匮乏、抗病机制尚未阐明等关键挑战。糖转运蛋白(Sugar transport protein, STP)在植物抗病中的作用已有报道,但在水稻抗纹枯病中的作用尚不清楚。本研究发现,接种立枯丝核菌可显著诱导水稻STP基因表达。结合生物信息学、蛋白结构预测、亚细胞定位及功能验证实验发现:OsSTP4和OsSTP14作为稳定表达的碱性跨膜蛋白,具备多种己糖(葡萄糖、果糖、半乳糖)转运能力,而OsSTP26则因蛋白结构不稳定性仅特异性转运葡萄糖;三维结构预测显示,OsSTP4胞外结构域存在独特的酸性氨基酸簇,可能通过静电相互作用参与底物识别;功能验证表明,OsSTP4基因沉默导致水稻对纹枯病的敏感性显著增强,而OsSTP26缺失突变体则表现出稳定增强的抗病表型。本研究发现了OsSTP4与OsSTP26在水稻纹枯病抗性中存在的功能拮抗效应,揭示了二者参与此抗性调控的分子基础,为解析STP家族成员的功能异质性提供了理论依据。

本研究从小麦‘水源11’与小麦条锈菌(Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks.＆Henn., Pst)互作的cDNA文库,克隆得到一个I型类半胱氨酸蛋白酶基因,命名为TaMCA3。通过瞬时过表达试验,本试验发现TaMCA3基因能够有效抑制由细胞坏死诱导因子BAX触发的细胞坏死反应。小麦原生质体定位实验揭示,TaMCA3蛋白主要分布在细胞质中,这可能与其功能执行位置密切相关。在小麦与Pst亲和互作过程,显示TaMCA3参与小麦与Pst的感病过程。利用VIGS(Virus-induced gene silence)技术瞬时沉默TaMCA3,与对照植株相比,沉默后植株叶片上出现明显坏死斑,且Pst CYR31的菌落夏孢子堆数量显著减少,表明沉默TaMCA3可显著提高小麦对Pst CYR31的抗性。通过酵母双杂交筛选,本试验鉴定出TaMCA3的互作靶标为TaASP(左旋天冬酰胺酶)。本试验进行了体内和体外试验,均证实了蛋白TaASP与蛋白TaMCA3之间存在相互作用。这一发现为深入理解TaMCA3在小麦与Pst互作中的具体功能和作用机制提供了新的线索。

薄壳山核桃是我国重要的经济林树种,但炭疽病是威胁薄壳山核桃产业健康发展的重要病害之一。为解析该病害的致病机制,本研究以优势致病种果生炭疽病菌(Colletotrichum fructicola)B-5为研究对象,探索其遗传转化体系的建立和应用。研究结果显示,菌丝在CM培养基中培养20 h,加入1%溶壁酶,30 ℃裂解3 h,其原生质体的产量可达8.92×10⁶ 个·mL^-1;利用PEG介导的原生质体转化法,可将携带标记基因的质粒转入其原生质体中,且阳性转化子的生物学表型未发生显著变化。利用阳性转化子对C. fructicola B-5侵染动态进行跟踪,结果显示9 h后孢子开始在寄主表面萌发,48 h开始侵染寄主叶肉组织,96 h初生菌丝大量形成,并且其侵染部位出现细胞坏死现象。本研究成功建立了C. fructicola的遗传转化体系,并应用该体系初步明确了C. fructicola B-5在薄壳山核桃上的侵染动态,为后续致病机理解析及防控奠定基础。

本研究构建小西葫芦黄花叶病毒(zucchini yellow mosaic virus,ZYMV)侵染性克隆,利用RNA-seq技术分析感染ZYMV甜瓜的差异表达基因(DEGs)。提取感染ZYMV甜瓜病样叶片RNA,RT-PCR分3段克隆ZYMV全基因组,利用同源重组方法构建ZYMV侵染性克隆pCB-ZYMV。pCB-ZYMV接种健康甜瓜(Cucumis melo),7 dpi甜瓜表现出典型的花叶症状,Western blot可检测出ZYMV CP蛋白。再分别提取感病甜瓜和健康甜瓜叶片总RNA,送生物公司进行高通量转录组测序,共筛选出3 108个DEGs,其中1 558个DEGs上调表达,1 550个DEGs下调表达。GO、COG注释和KEGG通路分析表明,很多DEGs参与寄主植物碳水化合物运输和代谢、植物信号传导、植物-病原物互作、淀粉和蔗糖代谢以及MAPK级联反应等抗病生理代谢途径。为了验证RNA-seq结果,qRT-PCR检测了8个基因的差异表达情况,与转录组结果基本一致。本研究对明确甜瓜抗ZYMV的分子机理以及选育抗ZYMV的甜瓜品种均具有重要意义。

植物病害标本在植物病害的研究和教学中具有重要意义。常规标本制作方法制作的植物病害标本易变色、损坏,缺乏立体感,且不宜长期保存。本研究结合真空冻干技术和水晶滴胶工艺,制作了苹果锈病病菌冬孢子角的胶质状态和萌发状态的标本。此方法成本低,制作的是三维立体的植物病害标本,易于全方位观察,精致美观,即使长期保存也能同时保持植物样品和病原物原有的形态和颜色特征,为植物病理学实验课程或相关教学环节提供了植物病害标本的制作方法。

棉花黄萎病是棉花生产中的重大土传病害,严重危害棉花的产量与品质。棉花黄萎病菌(Verticillium dahliae)存在落叶型和非落叶型的致病型分化,落叶型菌株使棉花表现出叶片黄化萎蔫和脱落现象,而非落叶型菌株仅表现为叶片黄化萎蔫,无落叶现象。落叶型V. dahliae给我国棉花产业带来的危害性逐年递增。研究表明多种植物激素参与棉花生理性落叶过程,然而大多数植物激素在棉花病理性落叶过程中的功能尚不明确。为了明确不同植物激素在落叶型V. dahliae引致棉花落叶过程中的调控功能,本研究对落叶型菌株XJ592和非落叶型菌株XJ511侵染的棉花植株中6种激素的含量、激素通路关键基因的组织特异性表达模式及表达水平进行分析,明确了植物激素在V. dahliae引致棉花落叶过程的功能及变化规律。结果表明在V. dahliae引致棉花落叶过程中水杨酸和乙烯发挥正向调控作用,茉莉酸、生长素和细胞分裂素发挥负向调控作用;多种植物激素协同调控棉花落叶。

高通量测序为深入理解真菌的基因组学和转录组学提供了重要手段。然而,从RNA测序(RNA-Seq)数据准确评估基因表达水平需要将短序列读长(reads)映射回它们在参考基因组中的准确位置。测序菌株通常与参考基因组菌株存在一定序列差异,由于参考基因组在任何给定位置仅包含一种碱基信息,因此携带其它碱基信息的reads与参考基因组至少存在一个碱基错配,导致reads映射的过程中出现映射偏差。为了解决这一偏差,研究人员已经开发了多种软件和算法,然而这些方法是否适用于真菌RNA-Seq数据分析尚不明确。本研究以一种重要的植物病原真菌禾谷镰孢(Fusarium graminearum)为例,利用其模拟RNA-Seq数据和真实RNA-Seq数据,多方位评估了多种映射方法在处理reads中存在单核苷酸多态性(SNP)、RNA编辑、测序错误等问题时的映射偏差和映射率,结果显示,基于vg软件构建的图形结构基因组方法表现最优。该方法的准确性对测序深度的要求较低,在显著降低多态性位点带来的映射偏差的同时,还可以提高reads映射率。本研究结果为复杂的真菌RNA-Seq数据分析提供了参考。