研究人員發現有助植物抵抗寄生植物的微生物
2024/06/11 @國際
摘要
非洲地區約有20%的高粱植物受到巫婆草寄生，導致產量嚴重損失。美國加州大學戴維斯分校研究人員發現，天然土壤的微生物能夠降解巫婆草傳遞的化學訊號，同時改變高粱根部結構，免受於巫婆草的危害，還分析出假單胞菌屬和節桿菌屬的抗性細菌，未來將持續尋找相同作用的微生物，並進一步應用於其他農作物，以防止巫婆草感染。
示意圖
非洲地區約有20%的高粱植物受到巫婆草(Witchweed)寄生，導致嚴重的產量損失。該植物會附著在植物根部以獲取養分和水分，對撒哈拉以南的非洲小農造成嚴重的影響。當高粱植物生長在低磷酸鹽土壤時，會從根部釋放化學物質來吸引真菌，以獲得磷酸鹽，而巫婆草會干擾這些化學訊號，使高粱植物感知為根部所傳遞的相同訊號，促使巫婆草種子發芽。此時巫婆草釋放其他的化學訊號，使用「吸器」抓取並穿透高粱根部而獲得養分與水分。然而，巫婆草具數千顆的微小種子，並能夠在土壤中休眠長達20年，因此難以根除。
先前研究指出，土壤真菌鐮刀菌可抑制巫婆草發芽，保護高粱免其危害，但對於土壤真菌或細菌通過改變高粱根部來抑制巫婆草感染的研究甚少。美國加州大學戴維斯分校研究人員首先進行天然土壤與無菌土壤中生長的高粱幼苗之敏感性比較，結果顯示，高粱植物生長在天然土壤中較無菌土壤更具少量的巫婆草，表示土壤細菌在植物抵抗感染方面發揮重要的作用。因此，該研究團隊結合遺傳學、顯微鏡學和體外試驗來進一步研究這種抵禦機制。
結果顯示，土壤微生物能夠降解巫婆草寄生宿主時所傳遞的化學訊號，同時改變高粱根部結構，使巫婆草難以附著植物。研究人員也發現，當高粱植物生長在充滿微生物的天然土壤時，土壤微生物會誘導植物基因產生更厚的木栓質層(屏障巫婆草的蠟質物質)以及更多的通氣組織(aerenchymas)。另外，利用基因定序技術鑑定出100種的巫婆草抗性相關細菌菌群，並使用體外分析其中8種細菌的菌種功能，分析出具降解土壤中化學物質功能的假單胞菌屬和具增加根部木栓化功能的節桿菌屬。
該研究人員表示，未來的防治目標是與農民合作使用微生物防治方法來防止巫婆草感染。同時，尋找具巫婆草抗性的其他微生物，並從衣索比亞地區的土壤微生物進行功能性分析，以確認這些細菌是否也能抵抗其他寄生植物。另外，還強調這些細菌須來自即將使用它們的國家，以維護當地的生物多樣性，並優先考慮那些在其他作物中也有良好效果的細菌菌種。【延伸閱讀】 - 生物防治技術至關重要的下一步：天敵昆蟲智慧化量產
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