Arbuskulārās mikorizas mediēto starp-augu signālu loma Medicago truncatula resistencē pret sēņu patogēniem Botrytis cinerea and Fusarium sporotrichoides

Abstract

Infekcijas, ko izraisa nekrotrofiskās un biotrofiskās sēnes, ir svarīga mūsdienu lauksaimniecības problēma un agrobiotehnoloģijas izaicinājums. Visizplatītākā sēnīšu patogēnu kontroles un apkarošanas metode ir fungicīdu izmantošana, neskatoties uz to toksiskumu cilvēkiem un pakāpenisku sēņu rezistences attīstību. Pašlaik fungicīdu bioloģiskās alternatīvas tiek aktīvi pētītas, lai palīdzētu samazināt atkarību no ķīmiskajiem fungicīdiem. Nozīmīgu vietu šajos pētījumos ieņem augsnes mikroskopiskā sēnīšu izcelsmes augu sakņu simbionta - mikorizas, īpašību izpēte. Ir zināms, ka kolonizācija ar arbuskulāro mikorizu (AM) palielina augu rezistenci pret dažādiem biotiskiem un abiotiskiem faktoriem, tostarp sēnīšu patogēniem. Bet joprojām nav pilnībā izpētīti molekulāri mehānismi, kā mikoriza izraisa šo rezistenci. Kolonizējot viena auga sakņu sistēmu, mikoriza spēj izplatīties visā augu populācijā, veidojot kopīgu mikorizas tīklu (KMT) starp augu saknēm. Šī īpašība ir pamats hipotēzei, ka KMT varētu mediēt augu augšanā un aizsargreakcijās iesaistīto sistēmisko signālu apmaiņu. Tāpēc darbu veicu ar mērķi izpētīt, kāda KMT loma varētu būt rezistencē pret dažādiem sēnīšu patogēniem, lai šo hipotēzi pārbaudītu. Visos eksperimentos tika izmantots viens dizains: vienā podā pretējās pusēs tika audzēti divi Medicago truncatula augi, kuriem pēc noteikta laika tika pievienotas AM Rhizophagus irregularis sporas. Eksperimenta sākumā, 1. augu inokulēja ar kombinēto (baktēriju un mehāniskā bojājuma) stimulu un nogaidīja 72 stundas, lai nodrošinātu signāla pārraidi no pirmā auga uz otro. Pēc 72 stundām uz 2. auga lapām uzlika agara diskus ar vienu no diviem patogēniem (Botrytis cinerea vai Fusarium sporotrichioides) un nogaidīja 72 stundas, līdz veidojas nekrotiskās un infekcijas zonas. Pēc tam, izmantojot ImageJ vizuālās analīzes programmu, izmērīja nekrozes un infekcijas zonu laukumu saņemošajā augā. Noskaidroja, ka B. cinerea KMT klātbūtnē izraisa nekrozes laukuma palielināšanos un otra auga uzņēmību salīdzinājumā ar kontrolēm. Savukārt, F. sporotrichioides KMT klātbūtnē izraisa nekrozes un infekcijas laukumu samazināšanos, un otra auga rezistenci salīdzinājumā ar kontrolēm. Darba gaitā novēroja būtiskās atšķirības divu sēnīšu infekciju attīstībā. Kolonizācija ar AM visos gadījumos palielināja augu rezistenci salīdzinājumā ar neinokulētiem paraugiem, kas sakrīt ar fundamentāliem pētījumiem. Šie dati apstiprina hipotēzi par AM mediēto signālu lomu augu rezistencē pret sēnīšu patogēniem, kā arī paver jaunas tēmas sēnīšu patogēnu un mikorizu mijiedarbības pētīšanai.

Infections caused by necrotrophic and biotrophic fungi are an important problem in modern agriculture, urging for novel agrobiotechnologal solutions worldwide. Most common method of controlling and contesting fungal pathogens is still the use of fungicides, despite their toxicity to humans and the development of fungal resistance. Currently, biological alternatives to fungicides are being actively researched to help reduce reliance on chemical fungicides. An important direction is research about the fungal origin microscopic symbiont of plant roots - mycorrhiza Colonization by arbuscular mycorrhizae (AM) is known to increase plant resistance to various biotic and abiotic factors, including fungal pathogens. How mycorrhizae caused this resistance is still not fully revealed. However, by colonizing the root system of a single plant, mycorrhizae can spread throughout the plant population, forming a common mycorrhizal network (CMN) between plant roots. The work was carried out with the aim of investigating the role of CMN in resistance to various fungal pathogens. All experiments used the same design: two Medicago truncatula plants were grown on opposite sides in the same pot, to which AM Rhizophagus irregularis spores were added after a certain time. At the beginning of the experiment, the first plant was inoculated with the combined (bacteria-herbivore) stimulus and waited for 72 hours to ensure the transmission of the infection signal from the first plant to the second. After 72 hours, agar tablets with one of the two pathogens (Botrytis cinerea or Fusarium sporotrichioides) were placed on the leaves of the second plant and waited for 72 hours. The areas of necrosis and infection in the second plant were then measured using the ImageJ visual analysis program. It was found that B. cinerea in the presence of CMT increases the area of necrosis and causes susceptibility of the second plant compared to controls. On the other hand, F. sporotrichioides in the presence of CMT decreases necrosis and infection areas and causes resistance of the second plant compared to controls. During the work, significant differences in the development of two fungal infections were observed. Colonization with AM in all cases increased plant resistance compared to non-inoculated samples, which corresponds with fundamental studies. This data supports the hypothesis about the role of AM mediated signaling in plant resistance to fungal pathogens and opens new themes for the study of fungal pathogen and mycorrhizal interactions.