大豆疫霉菌游动孢子对根系分泌物响应与其对寄主选择性的关系

Phytophthora sojae(Ps) is an important soil-borne pathogen.Soybean root exudates, as chemical signals, play a key role in Ps zoospores successfully locating their host. Isoflavone in root exudates has been reported as a signal molecule for Ps zoospores,but it could not explain why Ps can not infect other legumes that also exude isoflavone, and could not explain why the isoflavone synthase gene silenced root of host can also attract Ps zoospores. Besides isoflavone, no comprehensive research on complex root exudates, complicated interactions, and complicated signal molecules have been reported. In this project, the correlation between response of Ps zoospores to root exudates and host selectivity will be studied on the basis of understanding the components of root exudates and secretion levels. 1) Based on the comparison of chromatographs of isoflavone components in host and non-host root exudates, the response degree of Ps zoospores on different chemical structures and secretion levels of isoflavones will be investigated, and the correlation between response degree and Ps host range will be clearifed; 2) Through screening non-isoflavone signal molecules, the roles of the chemical molecules in Ps zoospores locating their host will be studied; 3) A variety of signal molecules participating in key steps of Ps zoospores locating their host will be evaluated. The research of the relationship between Ps and the root exudates of host and non-host will reveal the infection mechanism of Ps in the level of molecular plant pathology physiology and provide a basis for breeding resistant varieties and chemical control methods.

大豆疫霉菌(Ps)为重要土传病原菌。大豆根系分泌物是Ps成功定位寄主的关键化学信号。报道认为异黄酮是Ps定位寄主信号分子，但不能解释为什么Ps不能侵染同样分泌异黄酮的其它豆科植物，及异黄酮合酶基因沉默的寄主根系还能吸引Ps游动孢子现象。除异黄酮外，缺乏对根系复杂分泌物、复杂互作关系、复杂信号分子的综合研究。本项目拟在明确根系分泌物组分及水平基础上，研究Ps对根系分泌物响应与其对寄主选择性的关系。1)通过色谱比较寄主、非寄主根系分泌物中异黄酮组分，测定各组分对Ps趋化性，明确Ps对异黄酮化学结构、水平的响应程度，阐明这种响应程度与Ps决定其寄主范围是否相关；2)挖掘异黄酮以外信号分子，明确其对Ps的信号诱导作用；3)探讨是否存在多种信号分子共同参与Ps定位寄主的关键步骤。通过对Ps与寄主、非寄主根系分泌物间关系的研究，从分子植物病理生理学角度揭示Ps侵染机制，为抗病育种和药剂防治提供依据。

测定了大豆疫霉游动孢子对寄主大豆和非寄主菜豆幼根、根分泌物及分泌物组分的趋化性，包括吸引游动孢子能力、对游动孢子成囊、孢囊萌发及芽管生长的影响。结果表明大豆疫霉游动孢子对寄主大豆幼根表现强烈的趋向性，沿根面进行多次试探性接触后在根尖伸长区快速成囊并萌发，产生的芽管顶端贴附在幼根表面，在感病大豆品种根面上的芽管比抗病大豆品种上的短且粗，而对非寄主菜豆幼根则不具有趋向性，接触一次后即远离，最终在距离幼根75 μm的位置成囊萌发，且芽管生长不具有方向性。大豆疫霉游动孢子对抗、感大豆和非寄主菜豆幼根的侵染行为差异完全在根分泌物试验中重现，即寄主大豆根分泌物对大豆疫霉游动孢子具有较强的趋向作用，能够有效吸引游动孢子，促进游动孢子快速成囊及萌发，抑制芽管的伸长；而非寄主菜豆根分泌物不具有上述作用。说明大豆疫霉对寄主的选择性与根分泌物有关。.寄主大豆与非寄主菜豆根分泌物中均含有异黄酮daidzein和genistein，含量未达到显著性差异。非寄主菜豆根分泌物中含有全部供试的18种氨基酸、抗病品种只含有其中的9种，感病品种为5种，共有的氨基酸中，非寄主菜豆根分泌物中的浓度均显著高于寄主，而抗病品种又略高于感病品种。测定的6种可溶性糖中，非寄主菜豆根分泌物中含有4种，抗病品种含有5种，感病品种含有4种，其中半乳糖（Gal）只存在于抗病品种根分泌物中，麦芽糖（Mal）在3个品种根分泌物中均不存在。.所有单一组分对大豆疫霉游动孢子均具有显著吸引作用，除少数组分如脯氨酸（Pro）、苯丙氨酸（Phe）对孢囊萌发有抑制作用外，其他组分对游动孢子成囊及孢囊萌发均有显著趋化作用。各品种原位浓度异黄酮混合液、氨基酸混合液和可溶性糖混合液对游动孢子3个生理指标的影响相较于各组分作用之和均有显著减效作用，氨基酸混合液和可溶性糖混合液对大豆疫霉游动孢子萌发由促进作用转为抑制作用。将所有试验组分按其在3个品种根分泌物中的相对原位浓度混合后对游动孢子的3个生理指标均表现为显著促进或抑制作用，且促进或抑制作用显著低于其SUM值，表明3类物质混合后发生了显著减效作用，减效程度由强到弱依次为非寄主菜豆一点红、抗病品种和感病品种。可以看出混合后导致作用效果受阻，可能是不同组分之间发生了某些特定的干扰机制，这也许是菜豆成为非寄主的原因之一。