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强调发病机制的复杂性:宿主微生物群影响苹果果实的疾病发展,并且是其生物防治的基石。

原标题:Highlighting the complexity of pathogenesis: the host microbiota impacts disease development on apple fruit and is a cornerstone for its biocontrol

Abdoul Razack SareM. H. JijakliSébastien Massart

bioRxiv (2024)

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关键词

微生物群
生物控制
苹果
碳代谢
Spearman相关
多样性指数
病害控制
高通量测序
代谢谱
真菌和细菌组成

摘要

苹果是温带水果中产量最高的水果,贸易价值估计为75亿美元,通常在收获后储存长达一年。采后病原体常常影响储存,导致水果损失高达55%,这取决于国家和水果种类。它们也是霉菌毒素污染的来源。控制这些病原体的一种可持续方法是使用称为生物防治剂(BCA)的有益微生物。尽管在实验室条件下显示出良好的效果,但BCA在大规模应用于果园或采后处理时,其效果往往不稳定且降低。我们假设表面微生物群在BCA效率的变化(Pichia anomala,K株)和灰霉病(Botrytis cinerea)在苹果上的采后病害发展中起作用。从苹果果实表面收集了18种不同的表面微生物群并进行了生物储存。对其细菌和真菌分类组成及碳代谢特征的分析证实了收集到的微生物群存在差异。通过标准化的体内生物测定评估了它们对灰霉病发展的影响。当单独应用这些微生物群时,灰霉病腐烂发展的减少范围为20%到80%。此外,三种微生物群提高了K株的生物防治效率(无论测试的微生物群浓度如何,最高可达+100%),而其他微生物群则限制了其作用(最低至-27%)。进行了生物防治效果与碳特征或分类组成的共聚类分析。该分析识别出一些有前景的分子,其高代谢与微生物群的高生物防治效果相关,并识别出在限制灰霉病腐烂发展的微生物群中丰度较高的分类群。从最有效的微生物群中分离出潜在的有益分类群。体内生物测定证实了两种分子和两个从未提及其对植物病害生物防治特性的物种的菌株的有效性。这项研究表明,自然表面微生物群显著影响苹果的采后病害发展,并导致生物防治效果的变化。通过挖掘生成的数据,我们的方法识别出增强生物防治的有前景的分子和分类群,为可持续的采后病原体管理提供了新的见解。

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该文档主要探讨了微生物群落在植物病害生物防治中的作用,并通过高通量测序(HTS)技术指导选择有益微生物,以提高生物防治效果。研究的核心在于理解微生物群落的复杂性及其与植物病害的相互作用,进而通过微生物群落的工程化来控制病害。

研究背景与目的

文中指出,微生物群落的多样性和生态相互作用是影响植物健康的重要因素。传统的生物防治方法通常依赖于经验性的微生物分离和测试,而HTS技术提供了一种更为系统和高效的方法来识别具有潜在生物防治能力的微生物。研究的目的是通过HTS技术识别和选择有益微生物,并评估其在病害控制中的有效性。

方法与技术

研究采用了高通量测序(HTS)技术对微生物群落进行分类学分析。HTS是一种能够快速测定大量DNA序列的技术,广泛用于微生物多样性研究。研究中还使用了代谢谱分析,通过Biolog Ecoplates系统评估微生物群落的碳代谢能力,以识别可能的益生元分子。这些益生元分子可以通过调节微生物群落的组成来增强病害控制。

主要发现与结果

  1. 微生物群落的复杂性:研究揭示了微生物群落的复杂性不仅体现在多样性上,更在于其活跃成员的生态相互作用。这些相互作用可能是生物防治效果的关键因素。

  2. HTS指导的微生物选择:通过HTS技术,研究能够识别与生物防治特性相关的微生物。尽管存在技术和生物学上的挑战,如低丰度微生物的重要性和技术偏差,HTS仍然显著减少了需要测试的菌株数量。

  3. 新型生物防治菌株的发现:研究中分离出了一些新的具有生物防治潜力的微生物菌株,如F. acheniorumKalmanozyma fusiformata,这些菌株在控制植物病害方面表现出显著的效果。

  4. 益生元的识别与应用:通过代谢谱分析,研究识别出一些能够支持病害控制的碳源,这些碳源可以作为益生元来调节微生物群落的组成。

讨论与贡献

研究强调了微生物群落工程化在植物病害控制中的潜力。通过HTS技术和代谢谱分析,研究不仅识别了具有生物防治潜力的微生物,还揭示了微生物群落的动态变化及其对病害发展的影响。这种方法为未来的生物防治策略提供了新的视角和工具。

结论

该研究通过结合HTS技术和代谢谱分析,成功识别和选择了具有生物防治潜力的微生物和益生元,为植物病害的生物防治提供了新的方法和思路。研究结果表明,微生物群落的多样性和生态相互作用在病害控制中具有重要作用,未来的研究可以进一步探索这些相互作用的机制及其在不同环境条件下的表现。

专业术语解释

  • 高通量测序(HTS):一种能够快速测定大量DNA序列的技术,用于分析微生物群落的多样性。
  • 代谢谱分析:通过分析微生物群落对不同碳源的代谢能力,评估其功能多样性。
  • 益生元:能够调节微生物群落组成的分子,通常用于增强生物防治效果。

通过这项研究,作者为微生物群落在植物病害生物防治中的应用提供了新的见解和方法,强调了微生物群落的复杂性及其在病害控制中的潜力。

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