玉米互感植株中玉米拟黑粉菌（Magnaporthiopsis maydis）与轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）的种间互作研究：开启玉米晚枯病防控新视角

《Scientific Reports》：Interspecies crosstalk between Magnaporthiopsis maydis and Fusarium verticillioides in mutually infected maize plants

为探究玉米拟黑粉菌（M. maydis）与轮枝镰孢菌（F. verticillioides）互作，研究人员开展相关实验，发现二者存在拮抗作用，接种顺序影响病害，为玉米晚枯病防控提供依据。

　　在广袤的农业天地里，玉米作为重要的粮食作物，却常常遭受各种病原菌的侵袭，其中玉米晚枯病（Late Wilt Disease，LWD）给玉米种植带来了严峻挑战。玉米晚枯病由玉米拟黑粉菌（Magnaporthiopsis maydis）引起，在以色列、埃及、西班牙、葡萄牙、印度等多个国家肆虐，严重影响玉米产量和质量。一直以来，传统研究多聚焦单一病原菌，然而玉米的病害往往是多种病原菌共同作用的结果。此前有研究发现，不同病原菌之间存在复杂的相互关系，它们在争夺植物资源的过程中，或协同加剧病害，或相互抑制减轻危害。但对于玉米拟黑粉菌和轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides）这两种在玉米生长过程中常见的病原菌，它们在共同感染玉米植株时的相互作用、对病害严重程度的影响以及接种顺序的作用等方面，人们知之甚少。为了解开这些谜团，来自以色列 MIGAL - 加利利研究中心（MIGAL – Galilee Research Institute）和特尔海学院（Tel - Hai College）的研究人员 Galia Shofman 和 Ofir Degani 开展了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员为深入探究玉米拟黑粉菌和轮枝镰孢菌的相互作用，采用了多种关键技术方法。在病原菌培养和获取方面，从以色列北部商业田患病玉米植株中分离得到玉米拟黑粉菌菌株，轮枝镰孢菌菌株购自美国典型培养物保藏中心（ATCC）。通过在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）培养基上培养病原菌，测定其生长速率。运用平板对峙试验和分泌代谢物影响试验，研究两种病原菌在体外的相互作用。在体内实验中，利用生长室盆栽试验和半田间全季盆栽试验，模拟不同的接种方式和生长环境，观察病原菌对玉米植株生长和健康的影响。同时，采用实时荧光定量 PCR（qPCR）技术，检测玉米植株组织中两种病原菌的 DNA 水平，以追踪病原菌的感染动态。

研究结果如下：

1. 体外实验：在富含营养的 PDA 培养基上，两种真菌生长速率相似，轮枝镰孢菌在前三天生长显著更快。平板对峙试验中，两种真菌接种在平板两极，菌落边缘间形成黑线，表明存在拮抗作用，可能与分泌的抗真菌代谢物有关。分泌代谢物影响试验显示，轮枝镰孢菌的分泌物显著影响玉米拟黑粉菌的生长，而玉米拟黑粉菌的分泌物对自身和轮枝镰孢菌生长影响较小。
2. 体内实验 - 生长室盆栽试验：不同接种方式对玉米幼苗出土影响各异，播种时同时接种两种病原菌对出土影响较小，但播种当天开始的顺序接种显著降低出苗率。在生长中期（第 21 天，V2 阶段）和末期（第 40 天，V4 阶段），播种时接种病原菌（单独或顺序接种）导致植株发育延迟和死亡率升高，其中先接种轮枝镰孢菌再接种玉米拟黑粉菌的处理危害最大。qPCR 检测发现，不同接种处理下，两种病原菌在玉米植株根部的 DNA 波动模式相似，部分处理差异显著。
3. 体内实验 - 半田间全季盆栽试验：在半田间环境下，多数感染处理在生长中期（第 42 天，V4 阶段）植株生长优于未感染对照组，出现应激开花反应，但播种当天接种病原菌的植株生长明显受限。在收获期（第 84 天，R3 阶段），病害症状明显，播种时接种病原菌（尤其是单独接种玉米拟黑粉菌或先接种玉米拟黑粉菌再接种轮枝镰孢菌）导致植株生长严重下降，耳朵、茎和叶脱水症状明显。qPCR 检测结果与生长、存活和症状数据相符，玉米拟黑粉菌在植株组织中的 DNA 水平在播种时接种处理中最高，表明其致病性更强。

研究结论和讨论部分指出，本研究首次揭示了玉米拟黑粉菌和轮枝镰孢菌在特定条件下存在拮抗作用，接种顺序对病害结果影响显著。土壤接种尤其是播种时单独接种玉米拟黑粉菌导致最严重的枯萎病，说明该病原菌可能比轮枝镰孢菌更具攻击性，但轮枝镰孢菌在裸土中的腐生能力更强。两种病原菌的拮抗作用可能降低病害程度，但如果玉米拟黑粉菌先成功侵染植株，后续轮枝镰孢菌的定殖可能会加剧危害。此外，研究还发现一些有趣的现象，如在生长中期，植株对病原菌侵染表现出不同寻常的生长促进反应，但这种反应是暂时的，未影响季末病害爆发。本研究为深入理解玉米晚枯病的发病机制提供了新视角，有助于开发更有效的玉米晚枯病防控策略，为保障玉米产量和质量奠定了理论基础。同时，研究也提出了一系列有待进一步探究的问题，如病原菌间的相互作用是否会影响它们的生活方式，资源竞争是否导致它们在宿主内占据不同生态位等，为后续研究指明了方向。