由圣卡洛斯联邦大学(UFSCar)天然产物实验室(LPN)的科学家与巴西农业研究公司(Embrapa,BA)合作开展的研究,为防治流胶病(一种危害巴西柑橘生产的疾病,由卵菌引起)提供了新的方法。 柑橘疫霉这种感染会影响根、树干和果实,导致产量下降和商业价值损失。
研究表明,嫁接(一种将两株植物的部分结合到一株植物中的技术)可以促进对病原体的更有效反应。柑橘腐霉)传播疾病。
在实践中,嫁接是将高产品种(例如“佩拉”橙)的冠部连接到另一株植物(砧木)的根系上。砧木的选择标准是具有更强的抗逆性。在本研究中,研究人员对不同组合的接穗和砧木进行了病原菌的接种和再接种,从而观察这些植物在初次接触病原菌后的反应。
化学系博士后研究员费利佩·希拉里奥认为,“核心目的并非开发一种新的嫁接技术,而是通过这项技术来识别哪些嫁接/砧木系统表现出更有效的防御反应,并了解其中涉及的生化机制。” 研究结果表明,嫁接和砧木的组合显著改变了植物对病害的反应。
在诸如“佩拉”橙与“朗布尔”柠檬、“塔希提”柠檬与“热带”金桔等杂交组合中,经历二次感染的植株茎部病斑较小,表明其免疫反应更为有效。这种现象伴随着分子水平的变化,尤其是在DNA甲基化模式方面。DNA甲基化是一种调控基因活性的“化学标记”。在这些组合中,观察到更高的完全甲基化和半甲基化频率,这与更活跃的防御反应相关。
这些结果表明,无论是近期发生的还是长期存在的胁迫经历,都会在植物身上留下某种“印记”。这种印记不会改变DNA本身,但会影响基因的功能,如同对其运作进行微调。这种影响是通过化学变化实现的,例如与DNA相关的蛋白质(组蛋白)的修饰以及DNA甲基化,这些变化有助于“记录”这些经历,并使植物更好地应对新的胁迫。
观察到的响应包括代谢改变和与植物保护相关的天然化合物产量增加。据UFSCar化学系教授、该研究的协调人Maria Fátima das Graças Fernandes da Silva称,“在卵菌再次感染后,植物体内香豆素、黄酮类化合物和生物碱(与植物抵抗病原体相关的天然物质)的含量增加,这可能与植物的抗病反应有关。”这位研究人员表示。这些物质在植物组织中的积累是对入侵微生物的一种反应。
希拉里奥解释了植物的防御机制是如何运作的:“这种行为与一种被称为防御记忆或启动的现象有关。在这个过程中,植物第一次接触病原体会造成损害,但除此之外,它还能‘准备’植物更好地应对新的攻击。就好像面对第二次感染时,植物已经处于警戒状态,能够更快、更有效地做出反应。换句话说,这是植物‘记住’疾病并能够更有效地防御自身攻击的时刻。”这位研究人员详细解释道。
然而,这种反应并非完全取决于每株植物自身的抗性。研究表明,接穗和砧木之间的相互作用起着决定性作用:当两者表现出相似的易感性水平时,无论哪一方更敏感还是更抗病,反应效率往往较低。换句话说,重要的不仅是各部分的强度,还有它们如何协同作用。
希拉里奥指出,这项研究的严谨性和复杂性也暴露出其局限性。“尽管取得了进展,但分析表明,植物的反应并非遵循单一模式,而是多种因素相互作用的结果,例如组织类型、生理状态和感染条件。此外,虽然已发现代谢方面的重要变化,但这些变化与表观遗传机制(例如DNA甲基化)之间没有直接联系,”他说道。
代谢组学分析鉴定出66种化合物,其分布因所测试的砧木组合和接种方式而异。代谢谱显示不同处理间存在显著差异,但与先前报道的DNA甲基化模式不符,表明植物在病原体感染后会激活不同的、且并非总是协调的生物机制。
流胶病是一种复杂的病害,数据显示其涉及多个层面的响应机制,需要综合研究,这也是本研究的局限性。对于作者而言,理解这些相互作用为培育更具抗性的砧木和实现该病害的综合防治提供了切实可行的方案。研究结果支持利用代谢组学进行该病害的早期检测,并强调了整合分子生物学方法指导柑橘抗病性遗传改良的价值。
这项研究的影响力也体现在其访问量指标上。在过去六个月中,该文章在该期刊上获得了1.040次浏览,位列访问量最高的文章之列。这些数据表明,科学界和广大读者都对所研究的主题抱有浓厚的兴趣。
该研究发表在 农业与食品化学学报, 该项目得到了圣保罗研究基金会 (FAPESP) 和国家科学技术发展委员会 (CNPq) 的国家科学技术研究所 (INCT) 计划的支持。
更多信息请访问 doi.org/10.1021/acs.jafc.5c07224
