玉米根分泌物BXs在间作控制辣椒疫病中的效应及其调控机制

Maize and other crop intercropping is an important mode to increase diversity for disease control in Southwest China. However, allelopathic effect and its mechanism for disease control in this intercropping system are still unknown. Our previous studies indicated that maize and pepper intercropping can effectively restrict the spread of Phytophthora capsici in field, depending on the chemical barrier formed by root exudates in rhizosphere. The secondary metabolites Benzoxazinoids secreted from maize root may play an important role in disturbing the infection process of Phytophthora capsici. However, the control effect of Benzoxazinoids on pepper Phytophthora blight and its regulatory mechanism in intercropping system are still unclear. In this study, we will utilize the maize hybrid varieties, wild type and its bx1 mutant lines to investigate (1)the capability of BXs secreted from different root type of maize and their antifungal activity to Phytophthora capsici,(2)the role of BXs for pepper Phytophthora blight control in maize and pepper intercropping system,(3)the effect of maize and pepper intercropping on the biosynthesis of BXs and its regulatory mechanism. Based on these studies, we can discover the chemical function of BXs on Phytophthora blight disease control and their regulatory factors in intercropping system. Thus, it is very important for us to scientifically utilize maize intercropping with other crop for disease control.

利用玉米与其他作物间作增加农田系统的作物多样性是我国西南地区降低病虫危害的重要种植模式，但对玉米间作控制病害的化感效应和原理还未展开深入研究。前期对玉米/辣椒间作控制辣椒疫病的研究表明，玉米根系分泌物在控制疫霉菌传播方面起着重要作用，其中苯并噁嗪类化合物（BXs）丁布和门布对疫霉菌具有抑制活性。但BXs在间作控制辣椒疫病中的具体效应及间作对BXs合成的诱导调控机制还不清楚。本项目拟利用根系能分泌BXs的玉米品种、BXs合成关键酶（Bx1）缺失突变体及其野生型亲本开展研究，以明确（1）玉米不同类型根系分泌BXs的能力及其对辣椒疫霉菌的抑菌活性；（2）BXs在玉米/辣椒间作控制辣椒疫病中的具体作用；（3）间作对玉米BXs合成诱导的调控因子及其机制。通过这些研究探明玉米根分泌物BXs在玉米与其它作物间作控制疫病中的化学生态功能及其影响因素，为合理地利用玉米间作控制病害提供理论支撑。

作物长期大面积单一种植是导致作物病害爆发的重要因素之一。在我国西南地区，利用玉米与其他作物间作增加农田系统的作物多样性是降低病虫危害的重要种植模式。本项目根据玉米和辣椒多样性种植能控制辣椒疫病传播蔓延的现象，深入研究了玉米—辣椒—病原菌互作的化感机制。研究表明，玉米根系可以通过趋化作用吸引辣椒疫霉菌的游动孢子，促进孢子从游动状态转为休止状态，并释放系列抑菌物质（BXs）杀死孢子，从而使干扰了病原菌孢子在土壤中的传播。项目进一步深入研究发现这种现象在其他作物根系上也广泛存在。因此，提出了利用多样性种植系统中非寄主作物根系对病原菌的“attract-kill”特性控制土传病害的新模式，为土传疫病的生态防控提供新途径。另外，本研究在明确了玉米各生育期不同组织中均能合BXs类防御物质，且BXs对玉米叶部小斑病菌也具有抑制活性，进一步发现源自辣椒根系分泌物、辣椒疫霉菌孢子悬浮液、裂解液和分泌物的物质可以诱导玉米根系和叶部BXs（DIBOA, DIMBOA, and MBOA）的富集和防御基因途径（SA、JA、ABA）的表达，并由此增强了玉米对自身病害小斑病的抗性。这些化学生态数据表明来自邻近作物因子的诱导效应是作物间作控制病害的重要机制之一。该研究深入解析了利用作物多样性种植控制作物疫病的机理，为构建作物多样性种植模式（如玉米//辣椒、玉米//大豆、玉米//马铃薯、玉米//魔芋等）提供了重要理论支撑。这些模式已经成为西南山区粮食安全生产和病害生态控制的重要技术被广泛应用。另外，该结果也为作物生态有机种植过程中病害防治提供了重要的方法。