伴生分蘗洋蔥調(diào)控番茄黃萎病抗性的機(jī)理研究.pdf

1、黃萎病(Verticillium Wilt)是威脅番茄（Solanum lycopersicum）生產(chǎn)的主要土傳病害之一，番茄多年連續(xù)種植會導(dǎo)致黃萎病更加嚴(yán)重，影響番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。為控制病蟲害而施用的大量農(nóng)藥帶來蔬菜食品安全和土壤環(huán)境安全問題，威脅著人們的身體健康和土壤生態(tài)環(huán)境。前期研究發(fā)現(xiàn)伴生分蘗洋蔥可減輕番茄病害，但其機(jī)理不完全清楚。本研究以番茄和分蘗洋蔥（Allium cepa var.agrogatum Don.）為研究對象，調(diào)

2、查了伴生分蘗洋蔥對番茄黃萎病發(fā)病率及病情指數(shù)的影響;探討了分蘗洋蔥和番茄根系分泌物對黃萎病菌（Verticillium dahliae）的影響;并運(yùn)用RNA-seq和生理生化手段探索了伴生栽培中番茄對V.dahliae脅迫的抗性生理響應(yīng)，以揭示伴生分蘗洋蔥減輕番茄黃萎病害的生理生化和分子機(jī)制，為分蘗洋蔥伴生番茄栽培模式應(yīng)用提供理論指導(dǎo);同時有助于更加深入的理解和應(yīng)用伴生栽培技術(shù)，為相關(guān)研究提供參考。
　　主要研究結(jié)果如下:

3、　　(1)盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，伴生分蘗洋蔥降低了番茄黃萎病的發(fā)病率和病情指數(shù)，減輕了番茄黃萎病害。
　　(2)利用水溶液浸提法收集了番茄和分蘗洋蔥的根系分泌物，并對其進(jìn)行體外抑菌試驗(yàn)。結(jié)果表明，單作和伴生栽培中分蘗洋蔥的根系分泌物以及單作的番茄根系分泌物對V.dahliae的生長和孢子萌發(fā)均無顯著影響;但伴生分蘗洋蔥栽培的番茄根系分泌物在濃度為1gFW·10mL-1時則對這兩個指標(biāo)具有顯著的抑制作用，說明伴生分蘗洋蔥誘導(dǎo)了番茄根系分

4、泌物產(chǎn)生抑制V.dahliae的活性，提高了番茄對V.dahliae的防御能力。
　　(3)利用RNA-Seq分析了伴生分蘗洋蔥后番茄對V.dahliae侵染的基因表達(dá)響應(yīng)。結(jié)果表明，伴生和單作兩個處理間差異表達(dá)的基因(DEGs)有369個;與單作相比，有307個上調(diào)表達(dá)，62個下調(diào)表達(dá)，分別占總DEGs的83％和17％。共發(fā)現(xiàn)5個條件特異性表達(dá)的基因，其中3個只在單作的番茄中表達(dá)，2個只在伴生的番茄中表達(dá)。DEGs的GO功能分析

5、表明具有催化活性、結(jié)合活性、轉(zhuǎn)運(yùn)活性和抗氧化活性等功能的基因顯著富集并上調(diào)表達(dá)，其中參與“催化活性”和“結(jié)合活性”的基因占很大優(yōu)勢，分別占總DEGs的40.6％和24.4％。Parthway富集分析表明參與“代謝途徑”、“次生代謝物的生物合成”、“玉米素生物合成”、“苯丙烷生物合成”、“谷胱甘肽代謝途徑”、“植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)”、“苯丙氨酸代謝”、“植物-病原體互作”、“類黃酮物質(zhì)生物合成”、“半胱氨酸和甲硫氨酸代謝”等生物代謝過程的基因

6、得到顯著富集并上調(diào)表達(dá)，其中參與“代謝過程”和“次生代謝物生物合成”過程的基因數(shù)分別占總DEGs的33.2％和25.6％?？共∠嚓P(guān)的基因如木質(zhì)素生物合成相關(guān)的基因（18個）、植物激素代謝與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的基因（55個）、抗病蛋白（酶）基因（26個）以及硫和含硫化合物代謝相關(guān)的基因（33個）在伴生分蘗洋蔥栽培的番茄根系中都顯著上調(diào)表達(dá)，表明在伴生栽培中番茄對V.dahliae的抗性提高，對減輕番茄黃萎病具有一定的作用。
　　(4)研究

7、了伴生栽培中番茄接種V.dahliae后不同時間番茄根系對V.dahliae的生理響應(yīng)。接種V.dahliae后伴生分蘗洋蔥的番茄根系木質(zhì)素、總酚、谷胱甘肽、乙烯等物質(zhì)的含量都顯著高于單作的番茄;丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性則低于單作;過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性在接菌后不同時期顯著高于單作。這表明伴生分蘗洋蔥增加了番茄抗病相關(guān)物質(zhì)的含量，提高了防御相關(guān)酶的活性，增強(qiáng)了對V.dahliae的

8、抗性。
　　(5)發(fā)現(xiàn)硫在分蘗洋蔥-番茄-V.dahliae種間相互作用中發(fā)揮重要作用。伴生分蘗洋蔥和接種V.dahliae都沒有誘導(dǎo)番茄根系高親和硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ST3)基因的上調(diào)表達(dá)，但伴生同時接種V.dahliae則誘導(dǎo)了該基因的上調(diào)表達(dá)。伴生同時接種V.dahliae使番茄根系內(nèi)的含硫化合物（谷胱甘肽）、硫代謝的產(chǎn)物（乙烯）含量、以及植株總硫含量都顯著提高;同時，伴生栽培沒有引起番茄根際土中有效硫含量的變化，因此，ST3基

9、因的上調(diào)表達(dá)可能是番茄根內(nèi)硫代謝活動增強(qiáng)引起的正反饋調(diào)節(jié)所致，而非番茄根際土有效硫含量的影響。分蘗洋蔥根系分泌物對土壤有效硫含量沒有顯著影響。
　　總之，本研究進(jìn)一步驗(yàn)證了伴生分蘗洋蔥減輕番茄黃萎病的事實(shí)，證明了伴生分蘗洋蔥能提高番茄對黃萎病的抗性，其調(diào)節(jié)黃萎病抗性的機(jī)理初步總結(jié)為如下途徑:伴生分蘗洋蔥通過調(diào)控次生代謝物合成相關(guān)基因的表達(dá)，使番茄根系分泌物發(fā)生改變而產(chǎn)生抑菌活性，增強(qiáng)了番茄對V.dahlia的防御能力;通過調(diào)控番茄