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。

卵菌引起的病害对农业生产危害严重,是农林业重点研究和防控对象。为探索卵菌研究现状和发展态势,本研究以Web of Science为数据源,对1985—2023年收录的卵菌相关文献进行计量学分析,并利用CiteSpace绘制知识图谱对结果进行可视化展示。发文量统计分析显示,美、中、德等国家在卵菌研究中占主导地位,近5年中国发文量呈快速增长态势,并于2022年跃居全球第一;在研究机构排名中,美国农业部、南京农业大学和加州大学系统的发文量位列前三,且研究成果具有较高影响力。进一步对研究热点进行分析,该领域被关注的主要病菌包括腐霉属(Pythium spp.)、致病疫霉(Phytophthora infestans)、辣椒疫霉(Ph. capsici)等10种常见致病卵菌,研究内容主要包括系统获得抗性、气候变化、抗菌活性等。文献共被引聚类分析表明,卵菌领域已逐步形成以RXLR效应蛋白、趋同进化、毒力因子等为代表的重要研究方向。此外,高被引文献分类分析揭示了效应子致病机制、病害防治方法、生物防治、免疫信号调控等正受到高度关注。这些工作有利于新的卵菌研究者快速了解该领域的研究现状和前沿热点,同时对预判卵菌潜在的研究方向提供一定的参考。

In this study, the fungal strain LD-11 was isolated from the infected plant of Lonicera caerulea (cv Lanjingling) collected in the horticulture experimental station of Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang Province. The strain was identified as Epicoccum nigrum by morphology, rDNA-ITS, LSU, TUB, RPB2 gene sequence amplification and phylogenetic tree construction. The experimental results showed that E. nigrum LD-11 could grow on PDA, OA and MEA medium. The optimal culture medium was OA, and the optimal culture conditions were growth temperature of 25 ℃, pH 6, carbon source is starch and nitrogen source is yeast extract, and full light conditions were conducive to mycelial growth. This study is the first time to isolate and identify E. nigrum, the pathogen of leaf spot disease in L. caerulea, which will provide an important source of pathogenic fungi for future research on control of plant disease.

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。

甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)是引致甘蔗梢腐病的主要病原真菌之一。为明确F. sacchari中金属蛋白酶(metalloproteinase)类效应蛋白的功能,本研究前期利用F. sacchari基因组数据对其具有分泌性的金属蛋白酶基因进行预测,从中扩增得到一个锌依赖型金属蛋白酶类效应蛋白基因Fs03538,并对其功能进行了初步研究。结果显示:Fs03538含有一个典型的锌依赖型金属蛋白酶结构域(ZnMc super family),蛋白质N端的1-18个氨基酸序列含有特定的分泌信号序列,亚细胞定位显示Fs03538能够定位于植物细胞核中;qRT-PCR分析表明Fs03538在甘蔗镰孢菌侵染甘蔗12 h到达最高峰值,之后表达量持续维持在较高水平;根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的烟草瞬时表达系统确定Fs03538可以抑制小鼠促凋亡蛋白BAX引起的烟草细胞坏死,在F. sacchari中敲除Fs03538后发现突变体在生长速度、产孢量与野生型无明显差异,但致病力显著下降。以上结果表明,Fs03538在F. sacchari入侵寄主的过程中高量表达,可能通过进入寄主细胞核中抑制寄主免疫响应,是F. sacchari重要的毒力因子。

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。

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。

Viral diseases in cucumber in Qudi are more and more serious in recent years. To detect and identify the main viruses, the plant samples of cucumber were collected from Qudi town, Jiyang district, and next-gene-ration sequencing technology (NGS), RT-PCR amplification and analysis of viral genome sequences were carried out. The results showed that the viruses infecting cucumber in the spring were cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV) and watermelon silver mottle virus (WSMoV). Besides CGMMV and WSMoV, cucumber plants in the autumn were also infected with zucchini yellow mosaic virus (ZYMV). The detection rates of CGMMV, WSMoV and ZYMV by RT-PCR were 68.2%, 45.5% and 50.0%, respectively, and the detection rate of complex infection was 50%. Genetic sequence analysis revealed that the coat protein (CP) gene sequence of CGMMV [JY2-6 (GenBank accession number: OR591512) isolated in this study was similar to the sequence of CGMMV [SDRZ (GenBank accession number: KX185151)] isolated from cucumber in Rizhao, and the identity was 100%. The nucleocapsid (N) gene sequence of WSMoV [JY2-4 (GenBank accession number: OR591517) isolated in this study was similar to the sequence of WSMoV [W6412 (GenBank accession number: AM113765)] isolated from watermelon in Thailand, and the identity was 99.1%. The CP gene sequence of ZYMV [JY2-7 (GenBank accession number: OR591522) isolated in this study was similar to the sequence of ZYMV [Yaz.Ashk.S.Z (GenBank accession number: KX495623)] isolated from cucumber in Iran, and the identity was 97%. This study demonstrated that the cucumber in Qudi was mainly infected by CGMMV, WSMoV and ZYMV, and complex infection was also common. This study provided a basis for virus prevention of cucumber in Qudi.

水稻是世界上重要的粮食作物。虽然针对水稻上为害严重的稻瘟病和白叶枯病,目前已克隆并鉴定了一些抗病基因,但相应的抗病资源依旧匮乏。本研究发现乙烯途径转录因子OsEIL4参与调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性反应。通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR, qPCR)检测发现OsEIL4基因在稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)和白叶枯菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)侵染时均诱导表达。所构建OsEIL4转基因水稻植株的抗病性分析结果显示,相比于野生型材料,OsEIL4基因编辑(OsEIL4敲除)和基因沉默水稻植株对这两种病原菌的抗性减弱,而OsEIL4过表达植株对二者的抗性增强。此外,qPCR检测发现,乙烯信号通路标记基因和防御基因OsPR1a和OsPR5在OsEIL4基因编辑稻株中下调表达,而在OsEIL4过表达稻株中上调表达,表明OsEIL4作为乙烯途径的正调控因子可通过调控防御基因表达介导水稻抗病性。亚细胞定位和酵母单杂交结果表明OsEIL4具有转录因子的特性,预示其可能通过行使转录调控功能参与水稻免疫反应。本研究挖掘到了一个具有广谱抗性的基因资源,将为水稻抗病分子育种提供新思路。

桃枝枯病主要由桃间座壳菌(Diaporthe amygdali, 无性态为Phomopsis amygdali)侵染引发,是我国南方各桃主产区最重要的真菌病害之一。该病害严重制约了我国南方桃产业发展,给桃农带来了巨大的经济损失。本文综述了桃枝枯病的发生历史、分布及危害、病原及生物学特性、病害循环和发病规律、病害检测、综合防控等方面的研究进展,对潜在问题进行了分析,并对未来研究方向进行了展望,以期为该病害的深入研究提供参考。

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。

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。

番茄褐色皱纹果病毒(tomato brown rugose fruit virus,ToBRFV)近年来在全球番茄产区快速发生蔓延,造成严重的经济损失。云南建水番茄上出现疑似ToBRFV感染的症状,并对周边番茄产区产生危害。本研究对云南建水田间疑似ToBRFV感染的番茄果实样品进行电子显微镜观察及RT-PCR检测鉴定,并进一步对分离株进行全基因组测序分析,构建系统进化树分析其与其它ToBRFV分离株的进化关系。结果表明,从感病的番茄果实上发现杆状病毒粒体,大小约18 nm×300 nm,具有烟草花叶病毒属病毒的典型形态特征;用ToBRFV特异性检测引物进行RT-PCR扩增得到591 bp目的片段,经NCBI blast比对,与ToBRFV具有最高一致率(达99%以上),将该分离株命名为ToBRFV-2022-JS(GenBank登录号:OR593752)。测序发现ToBRFV-2022-JS基因组全长6 386 nt,具有4个ORFs,分别编码126 kDa和183 kDa复制酶,30 kDa运动蛋白MP和17.5 kDa外壳蛋白CP。进化树分析显示该分离株与ToBRFV银川分离株(GenBank登录号:OR500698.1)的亲缘关系最近,核苷酸序列一致率为99.73%。上述结果表明云南建水番茄果实受到ToBRFV感染。该结果为ToBRFV在云南番茄产区的监测与防控提供了依据。

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。

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。

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。

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。

黄瓜猝倒病是黄瓜苗期主要土传病害之一,随着设施黄瓜栽培面积的扩大,猝倒病的发生与危害在逐年加重。本研究从杭州地区茄子种植地的健康茄子植株根际土壤中分离筛选获得一株细菌ZF514,通过二分皿平板对峙法发现其挥发性物质对瓜果腐霉菌(Pythium aphanidermatum)有显著的拮抗效果。根据形态特征、生理生化特性,以及基于多基因(16S rDNA、gyrA和rpoB)的系统发育分析结果,确定ZF514菌株为贝莱斯芽胞杆菌(Bacillus velezensis)。ZF514菌株对多种病原真菌具有明显的拮抗作用。进一步将模拟微生物熏蒸处理的土壤用于盆栽试验,结果显示,盆栽所用土壤经ZF514菌株熏蒸处理后可显著降低黄瓜猝倒病的发生率,防效达63.69%。综上所述,产抑菌性挥发物质的B. velezensis ZF514菌株在微生物熏蒸防治土传病害方面具有一定的开发潜力。

由芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae)侵染引起的根肿病是严重威胁十字花科蔬菜生产的一种病害,筛选具有应用价值和开发潜力的生防菌对于该病害的绿色防控具有重要意义。本研究从根肿病发生的重病田中健康白菜的根组织中分离内生细菌,以辣椒疫霉(Phytophthora capsici)为指示菌,利用平板对峙和温室盆栽试验筛选出1株对白菜根肿病具有生防效果的菌株,命名为JP2。结合形态学特征、生理生化特性以及16S rDNA基因序列分析,将JP2菌株鉴定为油菜假单胞菌(Pseudomonas brassicacearum)。JP2菌株培养48 h后的发酵液中几丁质酶活为0.034 U·mL^-1,纤维素分解能力H值为1.89,铁载体相对活性为57.24%。JP2菌株编码荧光嗜铁素(PVD)和2, 4-二乙酰间苯三酚(DAPG)合成基因。此外,该菌株对6种常见的病原真菌均有较好的抑制作用,抑菌谱较广,其粗提物对P. brassicae休眠孢子也有较好的致死效果,致死率达44.44%。JP2接种30 d时,其在白菜根际土中的定殖密度仍稳定在3.03×10² CFU·g^-1,能够显著降低土壤中P. brassicae休眠孢子的数量,对白菜根肿病的盆栽防效为58.83%。表明JP2菌株对白菜根肿病具有较好的生防潜力。

茄腐镰孢菌(Fusarium solani)寄主范围广泛,可引发生产上的毁灭性病害—根腐病。分泌蛋白在病原菌对植物的侵入、定殖和扩展等致病过程中起着重要作用,本研究利用SignalP、TMHMM、WoLF PSORT和PredGPI等软件对F. solani全基因组编码的17654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:F. solani基因组中有1032个分泌蛋白基因,占编码蛋白基因总数的5.85%。进一步利用dbCAN3等软件对经典分泌蛋白中的碳水化合物活性酶 (Carbohydrate-active enzymes, CAZymes) 进行预测,发现其中258个为CAZymes,以糖苷水解酶亚家族成员最多。分泌蛋白中效应蛋白(effector)的预测结果表明,F. solani中有185个潜在的效应蛋白,其中183个蛋白的功能可被PHI数据库注释到。利用农杆菌介导的植物瞬时表达系统,在本氏烟中对其中5个注释为增加F. solani毒力的效应蛋白进行验证,发现其中2个候选效应蛋白(XP_046140852.1 和XP_046131041.1)能够抑制由Bcl2关联X蛋白BAX (BCL2-associated X protein) 引起的细胞程序性死亡,可能在F. solani侵染致病过程中起重要作用。研究结果有助于揭示F. solani的致病分子机制,同时为F. solani与植物互作的深入研究提供了理论依据。

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。

咯菌腈是目前生产上防控由灰葡萄孢(Botrytis cinerea)引起的蔬菜灰霉病的主要药剂。为了明确山西省B. cinerea对咯菌腈产生抗药性的情况,本文采用菌丝生长速率法测定了来自山西各地312个B. cinerea菌株对咯菌腈的抗性水平,并对抗性菌株Bos1基因的突变位点、生物学性状,以及与其它杀菌剂的交互抗性进行了研究。结果表明:供试菌株对咯菌腈的抗性频率为7.37%,抗性水平主要为低、中抗,仅检测到2个高抗菌株;所有咯菌腈抗性菌株Bos1基因均发生了突变,突变发生区域包括TAR、HAMP和REC结构域,抗性类型包括F127S、V287G、I365N、I365S、Q369P+N373S、V1136I和A1259T;抗性菌株在菌丝生长、产菌核能力、产孢量和致病力方面均低于敏感菌株,生物适合度下降;咯菌腈与吡唑醚菌酯、苯醚甲环唑、嘧霉胺、咪鲜胺4种作用机制不同的杀菌剂之间均不存在交互抗性,因此可通过药剂轮换和复配使用来防治灰霉病。本研究为蔬菜灰霉病化学防治的科学、合理用药提供了理论依据。

Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl., a perennial herbaceous plant belonging to the family Liliaceae, has special medicinal and dietary values. Rhizome rot, usually leading to the decrease of yield and quality, is a frequently occurred disease on P. kingianum in Yunnan Province. In this study, diseased P. kingianum samples with typical symptoms of rhizome rot were collected, and a representative fungal strain 19-1 was obtained by tissue isolation and single spore purification. The pathogenicity of strain 19-1 to P. kingianum was tested and confirmed by irrigating inoculation of plant seedlings with spore suspension (1×10⁶ spores·mL^-1). According to morphological characteristics and multigene-based phylogenetic analysis results, strain 19-1 was identified as Fusarium concentricum. This is the first report of F. concentricum causing rhizome rot on P. kingianum. Our results provide a theoretical basis for further investigation of the epidemiology and integrated control of the disease.

小麦茎基腐病(Fusarium crown rot)是由假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)为主引起的土传病害,其侵染小麦产生各种毒素并造成小麦白穗现象,对小麦产量与粮食安全造成严重威胁。为明确戊唑醇对F. pseudograminearum不同生长发育时期的抑菌作用与对防治小麦茎基腐病的效果,本文研究了戊唑醇对F. pseudograminearum的菌丝生长、孢子萌发、芽管伸长、产孢的影响,建立了F. pseudograminearum对戊唑醇的敏感性基线,并进行了戊唑醇防治小麦茎基腐病的田间防效试验。结果表明,戊唑醇对F. pseudograminearum菌丝生长的EC₅₀值为(0.056 0±0.032 1) μg·mL^-1,对F. pseudograminearum孢子萌发的EC₅₀值＞50 μg·mL^-1;通过比较3株供试F. pseudograminearum的菌丝生长、孢子萌发、芽管伸长与产孢对戊唑醇的敏感性,发现孢子萌发的EC₅₀值最高,EC₅₀值＞8 μg·mL^-1;芽管伸长与产孢的EC₅₀值最低,EC₅₀值＜0.01 μg·mL^-1;且不同质量浓度戊唑醇处理使F. pseudograminearum菌丝、芽管与分生孢子均造成不同程度的畸形,戊唑醇质量浓度越高致畸作用越明显;430 g·L^-1戊唑醇悬浮种衣剂(Flowable concentrate for seed treatment,FS)对小麦不同生长时期小麦茎基腐病的田间防效结果表明,拔节期时伊川试验田的相对防效为67.38%,新安试验田的相对防效为71.85%;灌浆后期时伊川试验田的相对防治效果为37.19%,新安试验田的相对防效为36.89%;乳熟期时伊川试验田的小麦白穗率均为6.30%,新安试验田的小麦白穗率为7.21%;430 g·L^-1戊唑醇FS防治效果与对照药剂25 g·L^-1咯菌腈FS之间无显著差异;两种杀菌剂处理后与对照相比千粒质量无显著变化,表明小麦经过戊唑醇FS拌种后不影响来年麦粒的质量。结果表明戊唑醇对F. pseudograminearum的菌丝生长、产孢和芽管伸长具有较强的抑制作用,戊唑醇拌种可有效防治小麦茎基腐病。研究结果为戊唑醇在小麦茎基腐病防治中的合理应用提供了参考。

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。

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。

Hydrangea macrophylla, as one of the three major garden plants worldwide, has high ornamental and economic value. In March 2023, severe leaf spots were observed on H. macrophylla in the greenhouse in Xiqing District, Tianjin. Tissue separation was carried on to gain a pure strain that caused brown leaf spot on H. macrophylla, and its pathogenicity was confirmed based on Koch's postulates. According to morphological features and phylogenetic analyses of rDNA-ITS, GAPDH, and Alt a1 gene, the pathogen was identified as Alternaria alternata. This is the first report of A. alternata causing leaf spot on H. macrophylla in China, which is going to pave the road for disease diagnosis and effective control strategies.

灰葡萄孢(Botrytis cinerea)是一种寄主范围广泛的死体营养型植物病原真菌,可在多种重要农作物上引发灰霉病。灰葡萄孢通过分泌大量的细胞死亡诱导蛋白(CDIPs)诱发寄主细胞死亡,从而促进其侵染。本研究通过对灰葡萄孢侵染阶段的分泌蛋白组进行分析,筛选到一个分泌蛋白BcXYG3。BcXYG3含有GH12和fCBD结构域,在本氏烟草叶片中瞬时表达BcXYG3可诱导叶片细胞死亡,而瞬时表达去掉信号肽的BcXYG3则无法诱导叶片坏死,推测该蛋白可能是被分泌到植物质外体空间发挥作用。BcXYG3基因在灰葡萄孢侵染阶段上调表达,但将其敲除或过量表达后,病菌的致病力、生长速度、产孢量和抗逆性无明显变化。此外,在本氏烟草叶片中注射纯化的BcXYG3能诱导植物对灰葡萄孢的抗性。综上所述,灰葡萄孢分泌蛋白BcXYG3可引起植物细胞坏死并参与诱导植物产生抗病性,在灰葡萄孢与植物互作中起着重要作用。研究结果为进一步阐明灰葡萄孢-寄主植物互作机理,以及为灰霉病害的有效防治提供理论依据和基因资源。

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。

In 2023, a typical sample of root rot of Idesia polycarpa was collected in Zunyi city, Guizhou Pro-vince, China, and the pathogenic strain was obtained by tissue separation method. According to Koch’s rule, pathogenicity test, morphological characteristics and ITS, TEF1-α and TUB multigene phylogenetic analysis, the pathogen was identified as Fusarium solani. The results provided a theoretical basis for the field control of the root rot of Idesia polycarpa. This is the first time to report the root rot of I. polycarpa induced by F. solani in China.

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。

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。

人参链格孢(Alternaria panax)是人参黑斑病的主要致病菌之一,可侵染人参地上部的叶片、茎秆和果实,引起叶枯、茎秆坏死及果实干瘪,对人参产量及品质影响很大。本研究以人参链格孢为研究对象,建立根癌农杆菌介导的遗传转化方法。为了进一步验证遗传转化体系的可行性,对人参链格孢赖氨酸合成相关基因ApLYS2进行了敲除。结果表明,当共培养时间为48 h,共培养温度为22 ℃,农杆菌菌液浓度OD₆₀₀为0.6,原生质体浓度为10⁶个·mL^-1时,转化效率最高,转化率约为23个/10⁶个·mL^-1,潮霉素抗性基因成功转入人参链格孢中;采用本研究所构建的遗传转化方法,成功实现了赖氨酸合成相关基因ApLYS2的敲除。所获得的基因缺失突变体ΔAplys2-4和ΔAplys2-7无法在缺乏赖氨酸的培养基上生长,外源添加赖氨酸突变体生长得到恢复。本研究成功构建了农杆菌介导的人参链格孢遗传转化体系并以赖氨酸合成相关基因ApLYS2的成功敲除进行了验证,为其致病机制研究提供了有效的技术手段。