2017-08-10
派森诺生物再次与上海交通大学合作，在《Scientific Reports》（影响因子4.259）上发表文章，揭示生物制剂Trichoderma harzianum对玉米的镰刀菌素茎腐病的有效抑制作用。
研究背景
玉米作为我们人类食物中很重要的一种谷类作物，每年的产量都受镰刀菌素茎腐病（Fusarium stalk rot，FSR）的影响而严重减产。为了解决这一问题，人们一般通过喷洒农药的方式来进行茎腐病的防治，但是农药同样会对有益的微生物造成负面影响，并且农药残留会对生态环境及人类健康带来不良后果。在后续的长期研究中人们发现，Trichoderma spp.生物制剂可以有效的抑制镰刀菌素茎腐病的发病率，并不会对生态环境造成破坏。
研究目的
虽然通过对作物庄家喷洒农药可以起到一定的防治作用，但是使用农药而带来的副作用却对生态环境土壤及人类身体健康带来严重的影响，为了解决作物的镰刀菌素茎腐病，本研究在前人研究的基础上，通过土壤、作物根理化性质分析、高通量测序、荧光镜检、分子对接等多种方法来探究生物制剂对镰刀菌素茎腐病的抑制效果及抑制机理，为生物制剂Trichoderma spp.防治镰刀菌素茎腐病提供有效科学依据。
研究方法
测序技术：454 GS-FLX高通量测序平台
测序模式：真菌ITS1区和细菌16S rRNA V3V4区
实验对象：玉米根际土壤及玉米根
实验设计：共9个样品，其中5份为土壤样品：CK（未灭菌的天然耕作土壤）、T1S（未接种培育过微生物的土壤）、T2S（接种培育T. harzianum CCTCC-RW0024菌株的土壤）、T3S（接种培育致病菌FG的土壤）、T4S（同时接种培育T. harzianum CCTCC-RW0024菌株和致病菌FG的土壤）；4份根样品：T1S~T4S土壤上分别种植的玉米根样品，命名为T1R~T4R。
研究结果
对不同处理的玉米种植土壤进行理化性质测定和真菌、细菌的高通量测序，共获得79812个细菌OTU和64304个真菌OTU。
对10株具有潜在抗镰刀菌素茎腐病的Trichoderma属和抗病相关基因表达情况进行分析，可知，nag1、Chit33、Thph1、Thph2、exg1、papA基因在不同菌株间的表达差异显著，并且CCTCC-RW0024株的抗病相关基因mRNA表达量很高。
对不同处理组的土壤样品进行理化性质分析、对四个处理的根部样品中Trichoderma属进行qPCR检测、T. harzianum CCTCC-RW0024株进行荧光镜检，由结果可知T. harzianum CCTCC-RW0024株可显著降低镰刀菌素茎腐病的发病率，并促进玉米作物的生长。
分别对土壤和玉米根样品进行高通量测序，由OTU统计图和共有OTU的Venn图可知，细菌和真菌的测序结果分别获得79812个细菌OTU和64304个真菌OTU，并且CK、T1S、T2S、T3S、T4S组间有142个共有细菌OTU，40个共有真菌OTU；CK、T1R、T2R、T3R、T4R组间有104个共有细菌OTU，48个共有真菌OTU。
对细菌16S rRNA测序结果进行门水平组成分析，由柱状图可知，Acidobacteria和Actinobacteria为所有样品中的优势门，并且Acidobacteria门在T2S和T4S中的丰度高于T2R和T4R；对丰度前50的优势属进行热图聚类分析，T1R~T4R的根样品和T1S~T4S的土壤样品分别聚为大簇，说明土壤样品和根样品中的优势属丰度分布情况差别很大。
由真菌门水平组成分析柱状图可知，根际土壤样品和根样品中的菌群分布并无显著差异，但Ascomycota门和Basidiomycota门在土壤样品中的丰度更高，且Ascomycota门在T4S中丰度高，在T4R中低；同样，丰度前50的优势属热图聚类分析可知，T1R~T4R的根样品和T1S~T4S的土壤样品分别聚为大簇，说明土壤样品和根样品中的真菌优势属丰度分布情况差别较大。
对具有生物活性的真菌二级代谢产物（BFE）进行提取，并对镰刀菌素茎腐病的致病菌（FG）进行PDA平板培养，由平板培养结果及镰刀菌素茎腐病的抑制率统计结果可知，随着BFE浓度的增加，FG菌的生长抑制率显著增。
分子对接分析结果显示，致病菌FG的转录因子与T. harzianum CCTCC-RW0024菌株中几种提取物都有相互作用，其中H-[1]Benzopyrano[3,4-b]pyridin-5-one、9-amino-1,2,3,4-tetrahydro具有好的抑制作用。
总结
本研究通过对玉米种植土壤和玉米根进行理化性质分析、高通量测序以及次级代谢产物对FG致病菌的抑制作用研究，验证了T. harzianum对玉米种植土壤中微生物多样性组成谱的影响，及其对玉米镰刀菌素茎腐病的生物防治作用，为镰刀菌素茎腐病的生物防治方法的广泛应用奠定了坚实的科学基础。
本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Saravanakumar K, Li Y, Yu C, Wang Q-q, Wang M, Sun J, Gao J-x & Chen J (2017) Effect of Trichoderma harzianum on maize rhizosphere microbiome and biocontrol of Fusarium Stalk rot. Scientific Reports 7: 1771. doi:10.1038/s41598-017-01680-w
点击链接，阅读原文：https://www.nature.com/articles/s41598-017-01680-w
