《土壤中的秘密——新的研究表明,土壤细菌“鸡尾酒”可以保护水稻植株免受致命袭击》

  • 来源专题:农业立体污染防治
  • 编译者: 金慧敏
  • 发布时间:2016-11-24
  • 最近,英国研究小组首次证实,土壤有益微生物集合体可以用于受感染的植物,增强其自然防御力,对抗植株受到的多种威胁,包括东南亚急需解决的问题如:水和土壤中有毒砷浓度的增加以及稻瘟病真菌病。研究结果发表在《植物科学前沿》,该研究提供了把多种微生物放在一起共同保护植物压力的“生物口袋”的新证据。该研究一个天然的、非化学的方法来保护超过世界人口一半依赖食物来源的作物。

    特拉华大学团队确定了当植物受到攻击时的2种水稻救援细菌。这两种微生物本身就居住植物根部周围的土壤根际。荧光假单胞菌EA105可以触发一个系统范围内的防御稻瘟病菌,这一病菌破坏的大米每年可供养约6000万人。EA105抑制真菌攻击机制的形成,附着胞像攻城槌一样,对植物叶施加压力,直到它被刺穿。第二个微生物EA106,像铁板或盾牌一样,当砷出现时,开始在水稻植株的根部积累,有效阻断毒物吸收。

    在实验室的水培水稻种植研究中,特拉华大学团队用砷处理植物,然后再用EA105和EA106进行处理。七天后,他们让同一种植物感染了稻瘟病菌。按这一思路,他们研究了砷、有益细菌和真菌病被纳入时的整体遗传反应。产生的数据清楚地表明,“微生物鸡尾酒”可以加强植物防御砷和水稻稻瘟病菌。稻瘟菌耐受砷的能力是一个直接进化的,随着时间的推移,真菌越来越具有抗砷的能力。有益微生物如EA105和EA106怎样才能保护水稻?研究人员认为种子处理或微生物包衣是制定经济、有效的产品时最实用的路线。

    现在的植物正经受气候变化驱动下的多重胁迫。研究植物和微生物之间的复杂关系,研究人员继续探寻这些“微生物”提高植物健康的途径。下一代可持续农业的真正机会将是这些植物的“益生菌”,利用土壤中自然存在的微生物保护主要农作物。

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  • 《研究表明梳理基因可以保护蜜蜂免受致命螨的侵害》

    • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者:梁晓贺
    • 发布时间:2017-11-28
    • 加拿大圭尔夫大学(Guelph University)的最新研究显示,蜜蜂体内的一种梳理基因可能是保护蜜蜂免受致命的蜂蜜蟹螨伤害的关键。环境科学学院(School of Environmental Sciences)的恩勒斯特·古茨曼(Ernesto Guzman)教授带领来自普渡大学(Purdue University)的科学家进行了此项研究。 蜂蜜蟹螨常依附于蜜蜂的身体并以饮食蜜蜂的血为生。受感染的蜜蜂的寿命只有正常蜜蜂的一半,它们通常会死于失血过多或螨传播的致命病毒。古斯曼教授说:“大约85%的蜜蜂群都存在螨虫,所以几乎不可能将它们根除。所以,我们的目标是维持低水平的螨虫数量。实现这个目标的一个方法就是培育对螨虫有抵抗力的蜜蜂,而抵抗力的机制之一就是蜜蜂的梳理行为。” 螨虫身形扁平,藏匿在蜜蜂腹部的区块间,蜜蜂很难能触碰到它们。为了清除螨虫,蜜蜂需要用2、3条腿大力抓挠,同时长时间晃动身体。虽然所有的蜜蜂都有梳理基因,但只有当梳理基因呈现高显性表达时,蜜蜂才会激烈地挠抓身体,才会去除身体上的蜂蜜蟹螨,对他们产生抵抗力。那些基因呈低显性表达的蜜蜂,有些不会抓挠,有些一开始会轻轻地抓,然后就放弃了。 为了将基因与蜜蜂的螨虫抗性联系起来,古茨曼研究团队必须证明激烈的抓挠行为会使一些蜜蜂更具有抗螨效力。在之前的一项研究中,古茨曼发现,具有抗螨性的俄罗斯蜜蜂的梳理行为比不具有抗性的安大略蜜蜂激烈得多。古茨曼说:“俄罗斯蜜蜂是第一批接触蜂蜜蟹螨的蜜蜂,并且产生了抗螨性。但是我们想确定是什么导致了这种抗性。”为了确定激烈的梳理行为是否与遗传学有关,研究人员在引入蜂蜜蟹螨后比较了蜜蜂的核糖核酸(RNA)。研究发现具有激烈梳理行为的蜜蜂显示出了高显性轴突蛋白1基因,并已知该基因与重复运动有关。该项研究成果近期发表在《行为遗传学(Behavior Genetics)》杂志上。 古斯曼研究团队的下一步研究重点是确定高显性轴突蛋白1基因的表达水平是否可以遗传。如果能证实这种基因具有可遗传性,便可进一步筛选基因表达强的工蜂用于育种。 (编译 梁晓贺)
  • 《保护植物免受土壤中有害金属侵害的关键基因》

    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-10-28
    •     索尔克大学的科学家们发现了一种植物用来控制土壤中锌的有毒水平的新机制,这种机制依靠一种叫做TBR的基因来增强植物细胞壁吸收和保持多余锌的能力。这些发现将有助于设计能够适应气候变化和人类驱动的土壤中重金属过剩的作物,以及创造含有重要微量元素的更有营养的作物,以养活不断增长的全球人口。     人类活动对地球的负面影响不仅影响地球的大气,还会深入到土壤中。例如,过度施用粪肥或污水污泥会增加种植重要作物的农田中的重金属浓度。其中一种重金属是锌,这是植物和动物健康所必需的微量营养素。然而,过量的锌会对敏感的植物物种造成极大的伤害。有些植物天生对锌有更高的耐受性,这使它们能够在有毒的环境中茁壮成长,但这背后的生物学原理此前并不清楚。在一项新的研究中,索尔克研究所的科学家们发现了一种帮助植物管理土壤中过量锌的基因。       研究结果发表在2024年7月11日的《自然通讯》上,揭示了植物通过将锌捕获在根细胞壁中来耐受高水平的锌,这一过程是由一种名为毛状体双折射(TBR)的基因促进的。科学家和农民现在可以利用这些信息来开发和种植对土壤污染更有抵抗力的作物。提高植物的恢复力是索尔克植物利用计划的一个主要目标。“细胞壁的结构就像一个支架,可以从植物的其他部分储存锌,如果TBR基因是活跃的,植物可以储存更多的锌,”资深作者沃尔夫冈·布施解释说,他是利用植物倡议的执行董事,也是索尔克植物科学的赫斯主席。“这个简单过程的有趣之处在于,对于暴露在有毒环境中的植物来说,它可能是生与死的区别。”细胞壁储存锌的能力很大程度上依赖于一种叫做果胶甲基化的过程——这一过程改变了细胞壁内海绵状果胶分子的结构,使它们能够吸收更多的锌。为了更好地理解这一点,研究人员进行了一项全基因组关联研究,以确定与果胶甲基化增加相关的植物基因。     “我们发现TBR等位基因变异会影响果胶甲基化的变化,并有助于确定植物耐受高锌水平的能力,”第一作者、布希实验室前访问研究生钟开珍说。“了解这一点非常重要,因为我们现在可以在其他植物中引入或激活这种基因,从而创造出更能适应环境变化的作物。”这些最初的实验是在拟南芥(Arabidopsis thaliana)上进行的,拟南芥是一种小型开花植物,科学家将其作为研究植物生物学的模式生物。研究人员的下一步是看看这个基因是否在其他植物中也有类似的作用,包括重要的作物物种。     为了做到这一点,科学家们把稻谷(Oryza sativa)——一种常见的水稻品种和数十亿人的主要作物——放在锌含量有毒的土壤中。他们专门比较了两种版本的水稻——一种有功能的TBR基因,另一种没有——并监测了它们的根系生长情况,作为锌耐受性的衡量标准。具有功能性TBR的水稻成功繁殖,证实了这种锌毒性的生存机制在多个植物物种中是保守的。同样的试验也对豆科植物荷花进行了试验,得出了同样的结果。“令人兴奋的是,我们的数据表明,这种现象在所有开花植物中都是保守的,它们构成了绝大多数植物物种和粮食作物,”Busch说。“这一发现可以用于提高植物对有毒锌水平的适应能力,并有助于支持我们未来的食物供应。”     到2080年,世界人口预计将激增至110亿,而土壤中的锌毒性日益普遍,因此必须在开发能够承受这些条件的作物方面取得进展。这项研究是实现这一目标的重要一步。