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中科院微生物所孔照胜团队多维度全程呈现大丽轮枝菌入侵植物过程

花匠小妙招
2024-12-12 14:17

棉花黄萎病(Verticilliumwilt )是棉花生长过程中最严重病害，是当前棉花高产、稳产的主要障碍之一；主要致病菌为大丽轮枝菌( Verticillium dahliae )。除棉花外，大丽轮枝菌还能侵染超过400种双子叶植物，其中包括番茄、马铃薯、烟草、向日葵、茄子、生菜等重要经济和蔬菜作物，给农业生产带来巨大经济损失。

然而，大丽轮枝菌是土壤传播、入侵植物维管组织进而引发病害，因此，关于大丽轮枝菌的入侵宿主的策略及分子细胞机制还知之甚少，特别是针对大丽轮枝菌在植物维管束中的传播扩散机制，研究难度非常大，机制尚不清楚，目前仍然缺乏有效的防治措施。

近日中国科学院微生物研究所孔照胜课题组在植物病理学经典国际期刊Molecular Plant Pathology上发表了题为“Live-cellimaging elaborating epidermal invasion and vascular proliferation/colonizationstrategy of Verticillium dahliae inhost plants”的研究工作。

该研究首次应用活细胞显微成像结合高分辨扫描电镜技术实时追踪了大丽轮枝菌入侵植物的全过程。应用四维重构呈现了大丽轮枝菌以菌丝形式入侵植物根表皮细胞间隙，入侵时菌丝顶端变尖，未见形成特殊的侵染结构（图1）。

入侵成功后，大丽轮枝菌菌丝沿着皮层细胞间隙延伸，直达植物维管组织。在植物维管组织中，大丽轮枝菌菌丝以顶端出芽的方式产生大量的孢子，实现在维管束中的纵向快速传播；同时菌丝通过导管之间的纹孔进行穿梭，实现在维管束中的横向传播（图2，3）。

该研究结果为深入研究 大丽轮枝菌早期入侵和在维管组织中的定殖及扩散的细胞生物学机制提供了重要依据。该文章得到了杂志编辑和评审人的充分肯定，他们认为“this study is meritoriousand builds an good foundation forstudying the major reproduction form of an important, vascular-infecting plantpathogen”；“this will be a foundational studyforfuture research on the mechanism of V.dahliae penetration and formation of conidia in vascular tissue”。

Molecular Plant Pathology 杂志主编、植物病理学家RalphDean教授将该篇文章推荐到英国植物病理学会（British Society for PlantPathology，BSPP）官网上进行亮点报道（https://www.bspp.org.uk/seeing-is-believing-the-war-between-a-fungal-pathogen-and-host-plants-at-the-vascular-battleground-molecular-plant-pathology-highlight/）。

中国科学院微生物研究所副研究员田娟为该论文的第一作者，孔照胜研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发项目和微生物所、植物基因组学国家重点实验室的资助。

图1四维重构呈现大丽轮枝菌菌丝顶端变尖，直接插入植物表皮细胞间隙；黄色箭指示入侵位点。

图2(a) 大丽轮枝菌在植物维管组织中以顶端出芽的方式产生孢子；黄色箭头指示顶端出芽的位点；标尺为10 μm；(b-d). 扫描电镜观察大丽轮枝菌在植物维管组织中扩散细节，(b). 出芽的菌丝顶端，标尺为1 μm；(c). 维管束内壁分生孢子聚集，标尺为2 μm；(c). 菌丝通过导管的纹孔穿梭，红色箭指示菌丝穿梭的纹孔，标尺为2 μm。

图3大丽轮枝菌以顶端出芽的方式产生孢子，标尺为10 μm。

田娟，中国科学院微生物研究所副研究员，中国科学院青年创新促进会会员，主要研究方向是植物-病原真菌互作的细胞分子机制。

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