Nature Communications | 植物毛状根成为探索病害治理的突破性工具！

在确定控制柑橘绿化和其他由速生病原菌引起的毁灭性植物病害的治疗方法方面，一个主要的瓶颈是我们无法在固定培养基或无菌培养基中培养病原菌。因此，传统的抗菌评估方法（遗传或化学）依赖于耗时，低通量和固有的可变的全植物检测。近日，国际顶级期刊Nature Communications发表了美国德州农工大学的研究论文，题为Plant hairy roots enable high throughput identification of antimicrobials against Candidatus Liberibacter spp.。

本研究表明植物毛状根支持像利比亚假丝酵母菌这样的速生病原菌的生长，这些病原菌是柑橘绿化、马铃薯斑马片和番茄静脉绿化病的致病菌。重要的是，本文利用微生物毛状根对多种疗法进行快速、可重复的有效性筛选，确定了6种抗菌肽，2种植物免疫调节剂和8种抑制植物组织中利比亚假丝酵母菌的化学物质。这些抗菌素（The ISME Journal | 从植物微生物组中探索原始环境的抗菌素耐药性！Nature Plants | 美国加州大学揭示植保素途径介导玉米的先天免疫！）无论是单独使用还是联合使用，都可以作为短期和长期的治疗方法来控制柑橘绿化、马铃薯斑马片和番茄静脉绿化病害。

专一的植物病原菌在几种粮食和商品作物中引起毁灭性病害：例如韧皮部限制细菌假丝酵母菌。导致茄科（马铃薯，番茄，胡椒和烟草）和芸香科植物的严重减产。马铃薯斑马片（ZC）疾病，可能是由茄形假丝酵母念珠菌（CLso）引起的，是通过昆虫媒介马铃薯木虱进行传播。自1994年被发现以来，ZC已在美国，墨西哥，中美洲，澳大利亚和新西兰的几个商业马铃薯种植区得到记录，造成最高94％的产量损失。同样，亚洲假丝酵母（CLas）引起的柑桔绿化或黄龙病（HLB）是威胁全世界柑桔生产的最具破坏性的疾病；它的昆虫媒介是亚洲柑橘木虱。从2006年到2011年，HLB仅在美国佛罗里达州就造成了超过45亿美元的损失。CLas和CLso具有某些共性，例如它们作为木虱载体和韧皮部限制细菌具有不可培养的性质，相似的基因组属性和生活方式。由专一的植物病原菌引起的这些和其他疾病是对全球农业和粮食安全的主要威胁。

在确定针对CLas和CLso的治疗方法的挑战是我们无法培养或维持它们在其植物和昆虫宿主之外生长。据估计，超过99％的微生物无法在实验室培养。由于在培养快感病原菌时存在的制约因素，本文探索了替代策略。

毛状根是在伤口和感染土壤细菌根瘤菌后（PNAS | 英国牛津大学最新研究揭示根瘤菌从根际到共生的生活方式适应机制！），在植物组织上形成的新生物生长。细菌根瘤菌将其根诱导转移DNA(Ri T-DNA)，编码根位点(rolA、rolB、rolC和rolD)基因，引入植物基因组。rol基因在植物体内的表达可调节辅助素平衡，并在体外诱导毛状根的启动和增殖，因此，毛状根培养不需要添加植物激素。毛状根在解剖和代谢上类似于正常的根，并拥有完整的木质部和分生孢子叶管连接到源移植。他们构成了一个宝贵的工具，在植物功能生物学，生物技术，代谢工程，以及根-根际相互作用的研究。

图1 马铃薯和柑橘毛状根中的利比亚假丝酵母和亚洲假丝酵母

图2 筛选和鉴定赋予耐假丝酵母菌的抗菌基因

图3 微生物毛状根中基因组编辑的评估

图4 高通量筛选和鉴定赋予对假丝酵母菌的耐受性的小分子

图5 植物中应用小分子赋予了对假丝酵母菌的耐受性

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