馬鈴薯瘡痂病是世界上普遍發(fā)生的一種頑固性病害，可造成10%至30%的減產(chǎn)，部分地塊甚至減產(chǎn)40%以上。感染該病的馬鈴薯表皮有不少瘡疤，不耐貯藏。研究人員大都聚焦在研究該病致病菌生痂鏈霉菌的單一作用，而在生產(chǎn)中此菌和土壤微生物是否有協(xié)同作用并不清楚。近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授高崢和副教授周波團(tuán)隊揭示了馬鈴薯瘡痂病發(fā)病新機(jī)制，認(rèn)為土壤微生物種群的組成和功能與馬鈴薯瘡痂病的嚴(yán)重程度有關(guān)。研究成果發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《微生物組》（Microbiome）上。

       該課題組在研究中發(fā)現(xiàn)，在實驗室使馬鈴薯人工感染生痂鏈霉菌，或?qū)︸R鈴薯進(jìn)行生防菌處理，開展相關(guān)研究時效果明顯。但是若用這些植株做室外栽培實驗，結(jié)果就不理想。由此研究者設(shè)想，是否土壤微生物組對馬鈴薯瘡痂病有作用？

       按照發(fā)病等級，該課題組選取發(fā)病較重和發(fā)病較輕的馬鈴薯植株，每株采集薯表土、根際土、根區(qū)土、壟溝土。研究人員通過熒光定量PCR和擴(kuò)增子高通量測序發(fā)現(xiàn)，薯塊表層微環(huán)境與瘡痂病發(fā)生緊密相關(guān)。與發(fā)病重的樣品相比，發(fā)病輕的薯表土病原菌和細(xì)菌豐度較低，細(xì)菌多樣性較高，菌群共存網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜。

       他們通過相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)土壤中貪食菌、寡養(yǎng)單胞菌和農(nóng)桿菌等微生物與瘡痂病有顯著的正相關(guān)關(guān)系，而地芽孢桿菌、短桿菌和某類地嗜皮菌與瘡痂病則呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

       為進(jìn)一步解析微生物群落功能與瘡痂病發(fā)生的聯(lián)系，該課題組又進(jìn)一步對薯表土進(jìn)行了宏基因組測序，也就是通過直接從環(huán)境樣品中提取全部微生物的DNA，研究環(huán)境樣品所包含的全部微生物的遺傳組成及其群落功能。研究發(fā)現(xiàn)參與腺苷三磷酸結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白、細(xì)菌分泌系統(tǒng)、群體感應(yīng)、氮代謝和一些細(xì)胞色素P450相關(guān)代謝途徑的基因富集在發(fā)病重薯表土中，這些功能多數(shù)與植物病害發(fā)生以及瘡痂病毒素合成相關(guān)。同時，他們也發(fā)現(xiàn)抗生素合成相關(guān)代謝途徑的因子富集在發(fā)病輕的薯表土中。

       此研究首次系統(tǒng)解析了土壤微生物組成和功能與馬鈴薯瘡痂病的關(guān)系，對揭示瘡痂病的發(fā)生機(jī)制和防治瘡痂病提供了重要的支撐。