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为解决野豌豆叶斑病防治问题，兰州大学研究人员研究 AMF 和长枝木霉对野豌豆的影响，发现二者可抗病，为生物防治提供策略。
在广袤的田野中，野豌豆（Vicia villosa）作为一种重要的牧草和绿肥作物，正发挥着它独特的价值。它不仅能减少农田对氮肥的依赖，还能抑制杂草的肆意生长，为生态农业的发展立下汗马功劳。然而，一种名为链格孢属真菌（Stemphylium vesicarium）引起的叶斑病，却如同一场突如其来的灾难，威胁着野豌豆的健康生长。自 2019 年首次被发现以来，这种病害迅速蔓延，导致野豌豆大量落叶，严重影响了其产量和质量。
以往，人们主要依赖化学农药来对抗叶斑病，但长期使用化学农药不仅会对土壤、水源等环境造成污染，还会使病原菌产生抗药性，让防治工作陷入困境。与此同时，生物防治作为一种绿色环保的防治手段，虽然备受关注，但在实际应用中却面临诸多挑战。比如，关于丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和木霉（Trichoderma）联合作用对植物病害防治效果的研究，结果往往存在争议，其作用机制也尚不明确。在这样的背景下，兰州大学的研究人员挺身而出，决心揭开 AMF 和长枝木霉（Trichoderma longibrachiatum）协同抵御野豌豆叶斑病的奥秘。
这项研究成果意义重大，为野豌豆叶斑病的防治提供了全新的生物防治策略，有望减少化学农药的使用，推动农业可持续发展。该研究发表在《BMC Microbiology》期刊上。
为了深入探究 AMF 和长枝木霉对野豌豆叶斑病的防治效果及作用机制，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过温室实验模拟自然发病环境，设置多个处理组，研究不同接种处理下野豌豆的生长和发病情况；其次，运用转录组测序技术，分析不同处理组野豌豆的基因表达差异，探究其分子机制；最后，采用实时荧光定量聚合酶链反应（qRT-PCR）技术，对转录组测序结果进行验证，确保研究结果的可靠性。
研究结果
- 植物生长和病害严重程度：接种 AMF 的野豌豆根系成功形成了典型的菌根结构，且病原菌感染对 AMF 的定植没有显著影响。感染链格孢属真菌 9 天后，野豌豆地上部分生物量显著下降 24.56%。而接种 AMF 和长枝木霉（AMTLP+）对感染病原菌（NMNTP+）或未感染（NMNTP-）的野豌豆地上部分生物量没有显著影响。同时，接种 AMF 和长枝木霉的组合处理，在病原菌接种 9 天后，能使野豌豆的病情指数和发病率分别比仅感染病原菌的植株降低 14.72 - 33.38% 和 20.68 - 36.55%。
- MDA、SA、JA 和酶活性：病原菌对各处理组野豌豆的丙二醛（MDA）含量没有显著影响，但接种 AMF 和长枝木霉能显著减轻病原菌带来的负面影响。接种长枝木霉使健康植株的水杨酸（SA）含量显著增加 12.24 - 16.65%，且在感病植株中，接种长枝木霉（NMTLP+）和同时接种 AMF 与长枝木霉（AMTLP+）的处理，SA 含量显著高于其他处理。此外，接种 AMF 和长枝木霉对健康植株的超氧化物歧化酶（SOD）活性有显著降低作用；在感病植株中，单独接种 AMF 显著提高了几丁质酶活性，而同时接种 AMF 和长枝木霉却使其降低。
- RNA - seq 和映射：研究人员对野豌豆进行转录组测序，平均产生 45.27M 原始读数，过滤后获得 42.37M 干净读数，干净读数比例平均为 93.71%，Q20 和 Q30 的百分比分别超过 96% 和 90%，GC 含量平均为 40.87%，干净读数与参考基因组的平均比对率为 83.91%。
- 不同处理的差异表达基因（DEGs）：分析发现，野豌豆对病原菌感染的反应比对接种 AMF 和长枝木霉的反应更强烈。感染病原菌后，上调表达的差异表达基因数量多于下调表达的基因。
- GO 分析：通过 GO 富集分析，发现接种 AMF 和长枝木霉后，与植物抗病相关的 GO 术语显著富集，如防御反应、对其他生物的防御反应、脱落酸激活的信号通路等。
- KEGG 通路分析：KEGG 通路分析表明，与类黄酮生物合成相关的通路受病原菌感染影响，感染病原菌的野豌豆中，异黄酮生物合成（ko00943）和黄酮和黄酮醇生物合成（ko00944）相关基因上调，而光合作用 - 天线蛋白（ko00196）相关基因下调。
- 植物的防御反应：接种 AMF 和长枝木霉后，野豌豆中与苯丙烷生物合成和 SA 信号转导相关的基因表达上调，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸 - 4 - 羟化酶（C4H）、4 - 香豆酰 - CoA 连接酶（4CL）等，同时与植物抗病信号转导相关的 NPR1 和 PR1 基因表达也升高。
- qRT-PCR：对 6 个差异表达基因进行 qRT-PCR 验证，结果显示 qRT-PCR 结果与 RNA-seq 数据的皮尔逊相关性良好，表明 RNA-seq 数据可靠。
研究结论与讨论
综上所述，该研究表明，AMF 和长枝木霉单独或联合接种，均能有效降低野豌豆叶斑病的严重程度。其作用机制主要包括增加 SA 含量、提高 POD 和几丁质酶活性，以及上调与病害防御相关的基因表达。其中，长枝木霉无论是单独接种还是与 AMF 联合接种，都主要通过增加 SA 含量来增强野豌豆对病原菌的抗性；而 AMF 除了参与调节 SA 信号通路外，还能显著上调 NPR1 相关基因的表达，进一步增强植物的系统获得性抗性（SAR）。
这项研究不仅证实了 AMF 和长枝木霉在野豌豆叶斑病生物防治中的巨大潜力，还为其他植物病害的生物防治研究提供了重要的参考依据。然而，目前对于参与植物抗性的基因功能和代谢物的研究还不够深入，未来还需要进一步探索，以更好地发挥生物防治在农业生产中的作用，守护农作物的健康生长。
