Methodenartikel

In vivo Blattinokulation: Eine alternative Methode zur Beurteilung der Krankheitsresistenz von Hybridklonen in der Pappelzucht der Stammkrebskrankheit

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DOI:

10.3791/67290

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20. September 2024

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1State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Institute of Ecological Conservation and Restoration, Chinese Academy of Forestry, 2Comprehensive Experimental Center in Yellow River Delta of Chinese Academy of Forestry, 3Beijing Haidian Kaiwen Academy High School, 4State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir stellen ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Bewertung der Pappelresistenz gegen Stammkrebserreger unter Verwendung einer In-vivo-Blattinokulationsmethode zur Verfügung. Diese Methode eignet sich besonders für die großflächige Beurteilung der Resistenz von Cytospora chrysosperma und Botryosphaeria dothidea bei Nachkommen aus der Pappelzucht in China.

Zusammenfassung

Stammkrebserkrankungen, die durch den Erreger Cytospora chrysosperma (Pers.) Fr.) und Botryosphaeria dothidea (Moug. ex Fr.) verursacht werden, Ces. sind die beiden größten Waldkrankheiten auf den Pappelplantagen in China, die mitunter alle Pappelsetzlinge vernichten oder ausgewachsene Pappelwälder schwer schädigen können. Die Hybridzüchtung ist die direkteste und effizienteste Methode zur Bekämpfung und zum Management von Baumkrankheiten. Die Bewertung der Krankheitsresistenz oder die Auswahl von Klonen mit Krankheitsresistenz auf der Grundlage der In-vitro-Stamminokulation ist jedoch ineffizient, zeitaufwändig und teuer, was die Entwicklung der Hybridzüchtung der Pappelstammkrebskrankheit einschränkt. In dieser Studie haben wir eine alternative Methode vorgeschlagen, um die Krankheitsresistenz gegen Stammkrebserreger durch in vivo Blattinokulation zu bewerten. Die bei dieser Methode verwendeten Testmaterialien können an 1-jährigen Pappelsetzlingen oder den einjährigen Zweigen mehrjähriger Pappeln im Gewächshaus oder auf dem Feld verwendet werden. Der entscheidende Schritt dieser alternativen Methode ist die Auswahl der inokulierenden Blätter: Die 5-7frisch gereiften Blätter könnten am besten geeignet sein. Der zweite kritische Schritt der Blattinokulationsmethode besteht darin, Wunden an den Pflanzenblättern durch Nadelstiche zu machen, um genügend Läsionen zu erzeugen, um die Schwere der Erkrankung zu messen. Für die ausreichende Anzahl von Blättern, die in der frühen Phase der Pappelzucht produziert werden, trägt diese In-vivo-Blattinokulation zu einem schnellen, genauen und groß angelegten Screening der krankheitsresistenten Pappelklone auf Krebspathogene bei. Darüber hinaus wird diese Blattinokulationsmethode auch als effiziente Methode zum Screening von Pathotypen von Erregern der Stammkrebskrankheit C. chrysosperma, B. dothidea oder anderen Erregern der Pappelstammkrebse dienen.

Einleitung

Erkrankungen des Pappelstammkrebses, die hauptsächlich durch zwei nekrotrophe Erreger, Cytospora chrysosperma (Pers.) Fr. und Botryosphaeria dothidea (Moug. ex Fr.) Ces. & de Not., bedrohen ernsthaft die Entwicklung und das Überleben von Pappelplantagen im Nordosten, Norden und Nordwesten (Drei-Norden) Chinas. Die Hybridzüchtung ist die direkteste und effizienteste Methode zur Bekämpfung und Bekämpfung von Baumkrankheiten. Verglichen mit den Fortschritten in der Züchtung von ertragreichen, schnellwüchsigen oder anderen Pappelhybridklone ist die Forschung zur Resistenzzüchtung bei Pappelkrebs jedoch spärlich. Es wurden nur begrenzte Studien zur Züchtung von krankheitsresistenten Hybriden berichtet 1,2,3, und es wurde kein krebsresistenter Hybridklon in Pappelaufforstungen kultiviert.

Der entscheidende Schritt der regulären Hybridzüchtung ist die Klonselektion auf Basis des Phänotyperwerbs der Hybridnachkommen. Der Erwerb pathologischer Phänotypen (Pathotypen) ist jedoch ein zeitaufwändiger, mühsamer, ermüdender, teurer und expertenabhängiger Prozess. Für Gehölze ist es aufgrund des zeit-, arbeits- und wirtschaftlichen Aufwands, der durch ihren langen Lebenszyklus, ihr langsames Wachstum und ihren massiven Körper verursacht wird, eine größere Herausforderung. Zum Beispiel wurde bei Pappeln das Krebsresistenz-Screening von Hybridnachkommen 5-7 Jahre nach der Hybridisierung durch konventionelle in vitro Stamminokulationsmethoden durchgeführt 1,2,3. Darüber hinaus selektierten die Forscher, eingeschränkt durch diese wenig effiziente und aufwändige krankheitsresistente Screening-Methode, die krebsresistenten Klone aus einer kleinen Untergruppe (z. B. den ausgewählten ertragreichen oder schnell wachsenden Pappelklonen), nicht aus allen Hybridnachkommen. Daher ist es bei Verwendung der regulären Stamminokulationsmethoden nicht sicher, die authentischen resistenten Klone zu identifizieren, und kann die krankheitsresistente Vielfalt der Zuchtnachkommen nicht aufdecken, was die Erforschung von krankheitsresistenzrelevanten Genen oder Genmodulen einschränkt. Verglichen mit der rasanten Entwicklung der Pappel-Schnellwuchs-/Ertragszüchtung können diese Züchtungsprogramme in den ersten zwei Jahren der Züchtung Hybriden durch phänotypische Selektion oder sogar genomische Selektion erhalten4, die Pappelkrebs-Resistenz-Züchtung entwickelte sich langsam. Das krankheitsresistente Screening (oder der Nachweis) von Hybridnachkommen oder die Methode der Erregerinokulation ist zum entscheidenden geschwindigkeitsbegrenzenden Schritt in der Züchtung von Pappelkrebs geworden.

In diesem Protokoll stellen wir eine neuartige Inokulationsmethode für Erreger von Pappelstängelkrebs vor, die In-vivo-Blattinokulationsmethode. Mit dieser Methode können wir schnell und effizient die Resistenz von Dutzenden von Pappelarten (Kultivare oder Klone) innerhalb von 5-7 Tagen testen. Der Validierungsassay zeigte, dass die in vivo Blattinokulation mit der traditionellen in vitro Stamminokulation bei der Resistenzdetektion der Stammkrebskrankheit konsistent ist, was darauf hindeutet, dass die Blattinokulationsmethode für ein groß angelegtes Resistenzscreening von Pappelkrebskrankheiten geeignet ist, wie z. B. die Selektion des gesamten Genotyps von Resistenznachkommen bei der Züchtung der Stammkrebskrankheit. Diese Methode löst das pathologische Problem der Selektion resistenter Nachkommen in der Hybridzüchtung von Pappelkrebsen.

Protokoll

1. Pilzkultur für Krebserreger

  1. Bereiten Sie das Nährmedium aus Kartoffel-Dextrose-Agar (PDA; Kartoffelextraktion 6,0 g, Dextrose 20,0 g, Agar 20,0 g) für Pilzstämme vor; lösen Sie die oben genannten Materialien in Wasser bis zu 1000 mL auf, lösen Sie das Medium bei 100 °C für 10 min vollständig auf.
  2. Gießen Sie PDA-Medium in 25-ml-Röhrchen (jedes enthält 15,0 ml); Alle Röhrchen bei 121,1 °C für 30 min sterilisieren. Gießen Sie das Medium in Kulturplatten (9,0 cm Durchmesser) und kühlen Sie die Platten bei Raumtemperatur (RT) ab.
  3. Schneiden Sie das Myzel des Pilzerregers, das 7 Tage lang in PDA-Medium bei 28 °C kultiviert wird, in ~0,5 cm große quadratische Würfel; impfen Sie die Pilzwürfel in der Mitte der PDA-Platten (die Myzelseiten zeigen zum Medium).
  4. Kultivieren Sie die Pilzerreger in einem thermostatischen Inkubator (28 °C, dunkel) für 7-10 Tage.
  5. Den PDA medium mit Pilzmyzel in quadratische Würfel schneiden (Seitenlänge 1,0-1,2 cm).

2. Vorbereitung von Pappelmaterialien

  1. Bei 1 Jahr alten Pappelklone (kultiviert > 3 Monaten) wählen Sie die frisch gereiften, voll ausgestreckten Blätter (immer 5-7Blätter , von der Spitze des Setzlings/der Äste) der Hauptzweige als geimpftes Material aus und stellen Sie sicher, dass sie frei von Schädlingen, Krankheiten und mechanischen Beschädigungen sind.
  2. Bei 1-jährigen Zweigen von mehrjährigen Pappel-Hybridklone (kultiviert > 2 Monaten) wählen Sie die oberen 5-7Blätter der ausgewählten Zweige als inokuliertes Material aus. Stellen Sie sicher, dass die Blätter gesund sind und die gleichen Lichtverhältnisse (Schatten oder Licht) wie alle getesteten Pappelklone haben.

3. Vorbehandlung der Impfblätter

  1. Besprühen Sie die Pappelblätter mit sauberem Wasser und wischen Sie die ausgewählten Blätter nach dem Trocknen 1 h oder 1 Tag vor den Impfmanipulationen mit 75% Alkohol ab.

4. In-vivo-Impfung von Blättern

  1. Bei kleinen Blättern (Blattbreite < 8,0 cm) inokulieren Sie zwei quadratische Pilzmyzelwürfel und PDA-Würfel (oder Wasser-Agar, WA) (1,0-1,2 cm Seitenlänge) auf die Oberseite der oberen 5-7 Blätter von Pappelklonen; Das Myzel ist den Blättern zugewandt. Stellen Sie sicher, dass sich die Impfstellen in der Mitte der halben Blätter befinden, ~1-2 cm von den zentralen Venen entfernt, um eine Verdeckung der sekundären Venen zu vermeiden. Jeder Klon impft 12 Stellen auf 6 Blättern (10 Stellen für Myzel und 2 Stellen für die PDA-Inokulation).
  2. Bei großen Blättern (Blattbreite ≥ 8,0 cm) inokulieren Sie vier quadratische Pilzmyzelwürfel und PDA-Würfel (oder WA) auf die oberen 5-7 Pappelblätter. Jeder Klon impft 12 Stellen an 3 Blättern (10 Stellen für Myzel und 2 Stellen für die PDA-Inokulation).
  3. Wickeln Sie die inokulierten Blätter mit transparentem Klebeband (6,0 cm breit) ein und drücken Sie sie vorsichtig an, damit sie an den Blättern haften, um ein Verschieben und einen Wasserverlust der Myzel- (oder PDA-) Würfel während des Experiments zu verhindern.
  4. Durchstechen Sie die Blätter und die Myzelwürfel an fünf Stellen, bis die Nadeln die Würfel von der oberen zur unteren Oberfläche der Pappelblätter durchdringen. Eine Stelle liegt in der Mitte, die anderen vier liegen 1-2 mm in der Nähe der vier Eckpunkte der Würfel.
    HINWEIS: Für die Manipulation der Pilzimpfung wird eine Zusammenarbeit von 3 Personen empfohlen. Die Inokulationsmanipulation einer Pappelhybridpopulation (>100 Genotypen) kann in Teamarbeit in 4 h durchgeführt werden. Die Piercing-Manipulationen wurden durchgeführt, nachdem alle getesteten Blätter geimpft und eingewickelt worden waren, um die Auswirkungen der unterschiedlichen Piercing-Zeiten auf den Schweregrad der Erkrankung zu mildern.
  5. Untersuchen Sie die Standortverschiebung und den Wasserverlust der Myzel-Impfmittel und beobachten Sie das Auftreten von nekrotischen Läsionen um die Stichwundenstellen von der Unterseite der Blätter bis zum 3. Tag der Inokulation.
    1. Beobachten Sie innerhalb von 3 Tagen nach der Inokulation die Standortverschiebung und den Wasserverlust der Myzelwürfel. Definieren und markieren Sie die bewegten und getrockneten Myzelwürfel als unwirksame Inokulationen und verwerfen Sie sie aus der endgültigen Identifizierung der Pathotypen, während Sie die anderen Würfel als wirksame Inokulationen definieren.
      HINWEIS: Dieses Protokoll definiert die getesteten Pappelklone mit mehr als fünf wirksamen Impfwürfeln als ungültige inokulierte Klone; Daher bot jeder Pappelklon mindestens 30 effektive Impfstellen, die sich zu 30 unabhängigen nekrotischen Flecken entwickelten.
  6. Pflücken Sie am Ende des Versuchs (~5-7 Tage nach der Inokulation) alle inokulierten Blätter ab, bringen Sie sie in Plastikprobenbeuteln zurück ins Labor und lagern Sie sie bei 4 °C.

5. Erwerb des Blattpathotyps und Beurteilung der Pappelresistenz gegen Stammkrebskrankheiten im Labor

  1. Entfernen Sie vorsichtig die durchsichtigen Klebebänder und Myzel- (oder PDA-) Impfmittel von den Blättern.
  2. Beobachten und identifizieren Sie die Blattpathotypen jedes Pappelklons, einschließlich der Form und Farbe der nekrotischen Flecken, und können die pilzliche hyphenähnliche Struktur, Pyknidien und Konidien umfassen, die sich auf der Oberfläche der Blätter um die Einstichstellen gebildet haben.
  3. Fotografieren Sie die Blätter (mit einem zusätzlichen Lineal) mit einer Kamera oder scannen Sie die Blätter (mit einem zusätzlichen Lineal) mit einem Scanner, um Bilder mit einer Auflösung von mehr als 300 dpi zu erhalten, und speichern Sie die Bilder dann im JPEG-, TIFF- oder PNG-Format.

6. Identifizierung und statistische Analyse des Krankheitsauftretens

  1. Öffnen Sie die Bilder von kranken Blättern in der Software ImageJ 1.54g (http://imagj.org).
  2. Stellen Sie den Maßstab entsprechend dem Lineal in den Blattbildern ein.
  3. Identifizieren und messen Sie die Läsionen mit dem Stab-Tool (Tracing).
  4. Zeichnen Sie die Flächenwerte auf und exportieren Sie sie als Tabelle, nachdem die Flächen aller nekrotischen Flecken gemessen wurden.
  5. Legen Sie die Kriterien für die Bestimmung der Krankheit fest:
    1. Wenn der Bereich der Läsion um die mit Myzelwürfeln bedeckten Lochstellen signifikant größer ist als der von PDA-Würfeln bedeckte, dann definieren Sie diese Stellen als Krankheitsstellen.
    2. Wenn sich die morphologischen Eigenschaften der mit Myzelwürfeln bedeckten Lochstellen im Vergleich zu den PDA-bedeckten Stellen signifikant änderten, einschließlich der Farben der Läsion, die eine hyphenartige Struktur, Pyknidien und Konidien erzeugen, definieren Sie die Stelle auch als Krankheitsstelle.
  6. Berechnen Sie die durchschnittlichen Flächen der effektiven PDA-Läsionsflecken jedes Pappelhybrid-Klons. Entsprechend den durchschnittlichen Flächen teilen Sie alle mit Myzel beimpften Flecken eines Pappelklons in zwei Kategorien ein: Beginn und Nichtbeginn. Berechnen Sie dann die Inzidenzrate des getesteten Pappelklons (Formel 1: Inzidenzrate der Krankheit (%) = Anzahl der erkrankten Strickstellen/Gesamtzahl der effizienten Strickstellen × 100).
  7. Berechnen Sie die durchschnittliche Fläche der kranken Flecken in den Blättern (n = 50). Entsprechend den Werten der durchschnittlichen Flächen mit erkrankten Blattflecken in allen getesteten Pappelklonen wird ein 5-stufiger Standard für die Einstufung der Krankheit festgelegt.
  8. Berechnen Sie den Krankheitsindex jedes Pappelklons (Formel 2) auf der Grundlage des oben genannten Krankheitseinstufungsstandards (Formel 2: Krankheitsindex = ∑(Anzahl der Stichstellen nach Stufe × Schweregrad auf allen Ebenen)/(Wert des höchsten Schweregrads × Gesamtzahl der effizienten Stichstellen) × 100).
  9. Überprüfen Sie die Normalverteilung der Anzahl der Pappelklone über die verschiedenen Resistenzstufen mit dem Shapiro-Wilk-Test unter Verwendung einer geeigneten Datenanalysesoftware.
  10. Anhand des Krankheitsindex sind alle getesteten Pappelklone in fünf (oder sieben) Gruppen einzuteilen: sehr hohe Resistenz (VHR), hohe Resistenz (HR), Resistenz (R), keine Resistenz und keine Anfälligkeit (NRNS), Anfälligkeit (S), hohe Anfälligkeit (HS) und sehr hohe Anfälligkeit (VHS) Gruppe5.

Ergebnisse

In diesem Protokoll wurde der schematische Arbeitsablauf an 48 Pappelhybridklone durchgeführt, die mit dem Stammkrebserreger C. chrysosperma infiziert waren (Abbildung 1). Die Pappelhybrid-Klone sind Teil der Hybriden-Nachkommen von P. deltoides, die in der Baumschule der Chinesischen Akademie für Forstwirtschaft (CAF) in Peking gezüchtet werden.

Der Stammkrebserreger C. chrysosperma Isolat CZC ist ein typischer Pilzstamm (mit mittlerer Pathogenität), der für die physiologische Erforschung der Pappelkrebskrankheit 6,7,8,9 verwendet und in unserem Labor deponiert wird. Die Ergebnisse zeigten, dass die Inokulation des Stammkrebserregers C. chrysosperma nekrotische Läsionen (Abbildung 2B,C) und sogar pyknidienähnliche Strukturen auf Pappelblättern induzierte (Abbildung 2D-F). Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass die Blattpositionen (oder das Blattalter und die Blattontogenese) (Abbildung 2G-I) und die Lichtverhältnisse der Blätter (Abbildung 2J-L) die Schwere der Erkrankung der Blätter beeinflussen, die mit dem Stammkrebserreger C. chrysosperma Isolat CZC geimpft wurden.

Die Pathogenität von Pilzimpfstoffen ist ein entscheidender Faktor beim Resistenzscreening unbekannter Hybridpopulationen. Es gab jedoch zwei gegensätzliche Ansichten über die Selektion virulenter Stämme in der Züchtung: die Verwendung des virulentesten Stammes10 und der mäßig virulenten Stämme11. Im vorläufigen Experiment dieses Protokolls haben wir C. chrysosperma ausgewählt, um CZC aus dem Pathogenitätsnachweis von 10 Pilzisolaten in der Hybridpappel "Bofeng 3" zu isolieren. Ermutigend ist, dass die Ergebnisse darauf hindeuten, dass die Verteilung der Pappelklone auf verschiedene Resistenzniveaus in den 48 Pappelhybridklone normal ist, wie durch die Shapiro-Wilk-Testanalyse in SPSS bestätigt wurde, was darauf hindeutet, dass dieses Isolat bevorzugt für das Resistenzscreening dieser aktuellen Pappelhybridisierungspopulation ist. Teilergebnisse des Resistenzscreenings von 48 Pappelklone sind in Abbildung 3A-C dargestellt. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass sechs Isolate des Erregers B. dothidea eine unterschiedliche Virulenz zur Hybridpappel "Bofeng 3" aufweisen und die Isolate SD47 und SD60 die virulentesten Isolate in den getesteten Pilzstämmen sind (Abbildung 3D-F), was darauf hindeutet, dass die Methode der Blattinokulation auch beim Virulenzscreening von Erregern der Pappelstammkrebskrankheit eingesetzt werden sollte.

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Abbildung 1: Ein schematischer Arbeitsablauf zur Bewertung der Stammkrebsresistenz durch in vivo Blattinokulation bei Pappelklonen. Der aktivierte Stammkrebserreger Cytospora chrysosperma Isolat CZC wurde 10 Tage lang in PDA-Platten bei 28 °C im Dunkeln kultiviert. Dann wurde das Myzel von C. chrysosperma in quadratische Würfel (1,0-1,2 cm Seitenlänge) geschnitten und auf der Oberseite der oberen 5-7Blätter in 1-jährigen Pappelsetzlingen oder 1-jährigen Pappeln geimpft, die auf mehrjährigen Pappeln verzweigt waren. Die Hyphenseite der Myzelwürfel zeigte zu den Blättern. Bei den kleinen Blättern (Blattbreite < 8,0 cm) wurden zwei Myzelwürfel auf ein Blatt geimpft, während vier Myzelwürfel auf die großen Blätter (Blattbreite ≥ 8,0 cm) geimpft wurden. Die kleinen und großen Blätter, zehn Myzelwürfel und 2 PDA-Mittelwürfel wurden jedoch auf die Setzlinge/Äste geimpft. Dann wurden die beimpften Blätter mit 6,0-8,0 cm breitem Plastikschutzband umwickelt, um die Würfel zu fixieren und vor Wasserverlust zu schützen. Die Blätter und Würfel wurden mit Nadeln durchstochen, um Verwundungsstellen in der Mitte und den vier Eckpunkten der Quadrate zu erzeugen. Die inokulierten Blätter wurden auf dem Feld/Gewächshaus kultiviert und 5-7 Tage nach der Inokulation beobachtet, fotografiert/gescannt. Dann wurden die Bilder in die ImageJ-Software geladen, um die durchschnittlichen Bereiche der nekrotischen Flecken zu messen, die sich aus den durchstochenen Wunden jedes Pappelklons entwickelt haben. Schließlich wurden die Inzidenzrate und der Krankheitsindex auf der Grundlage der durchschnittlichen Flächen der nekrotischen Flecken jedes Pappelklons berechnet. Anhand des Krankheitsindex wurden alle getesteten Pappelklone in verschiedene Resistenzgruppen eingeteilt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 2: Klassische Blattläsionsmerkmale an Hybrid-Pappelklon B246, der durch Blattinokulation mit dem Krebserreger C. chrysosperma infiziert wurde. (A) geimpft mit PDA-Impfmitteln; (B,C) nekrotische Flecken; (D-F) nekrotische Flecken mit Pyknidienstruktur; (G-I) Positionen des inokulierten Blattes im 1-jährigen Setzling/in den Ästen beeinflussen den Schweregrad der Erkrankung des Stammkrebserregers C. chrysosperma auf der Hybridpappelsorte "Bofeng 3"; (J-L) Lichtverhältnisse beeinflussen den Schweregrad der Erkrankung bei der Pappelsorte "Bofeng 3". Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 3: Resistenzscreening und anfälliger Nachweis. Resistenzscreening von (A-C) Hybridpappelklone und anfälliger Nachweis von Erreger-Botryosphaeria dothidea-Isolaten in (D-F) Hybridpappelklon "Bofeng 3" mit der in vivo Blattinokulationsmethode. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

SchweregradKriterien für die BenotungNiveau
Keine KrankheitKeine Beschwerden, nekrotischer Bereich 0–2,0 mm²0
Extrem mildNekrotischer Bereich 2,0–4,0 mm²1
Leichte ErkrankungNekrotischer Bereich 4,0–6,0 mm²2
Mittelschwere ErkrankungNekrotischer Bereich 6,0–8,0 mm²3
Mittelschwere ErkrankungNekrotischer Bereich 8,0–10,0 mm²4
Schwere ErkrankungNekrotische Fläche größer als 10,0 mm²5

Tabelle 1: Einstufung des Schweregrads nekrotischer Symptome, die durch Krebserreger auf Blättern hervorgerufen werden.

Diskussion

Dieses Protokoll bietet eine schnelle und effiziente Inokulationsmethode für Erreger der Pappelkrebsresistenz, die sich für Forschungsbereiche eignet, die ein groß angelegtes Screening auf Krankheitsresistenz erfordern, wie z. B. die Hybridzüchtung von Pappelkrebsresistenzen und das Pathogenitätsscreening von Stammkrebserregern.

Der erste wichtige Punkt der Methode ist die Bewertung der Krankheitsresistenz durch die Inokulation von neu gereiften Blättern anstelle von gereiften Stängeln/Zweigen. Infolgedessen kann die Selektion von Klonen mit Resistenz gegen die Stammkrebskrankheit in 1-2 Jahren der Pappelhybridenzüchtung mit der Blattinokulationsmethode durchgeführt werden, verglichen mit dem zeitaufwändigen Resistenzscreening im Stamminokulationsweg (5-7 Jahre nach der Züchtung), wobei die Blattmethode den Züchtungszyklus der Pappelstammkrebskrankheit stark verkürzt. Der zweite entscheidende Schritt der Blattmethode ist die Auswahl der Blätter. Die Krankheitsresistenz der Blätter variiert mit ihrer Ontogenese (Alter oder Position auf den Ästen), die als Blattontogeneseresistenz der Blattstadien-assoziierten Resistenz bezeichnetwird 12,13. Die Korrelation der Pflanzenresistenz zwischen den getesteten Blättern und dem Stängel/den Zweigen ist also entscheidend für die Wirksamkeit der Blattimpfmethode. Die Blattfleckenresistenz an den "fünf mittleren Blättern" steht in keinem Zusammenhang mit der Krebsresistenz bei der Hybridpappel-Septoria-Interaktion13; Die Studie14 von Wei et al. und unsere Forschung zeigten jedoch, dass die Blattfleckenresistenz auf den obersten frisch gereiften Blättern oder den oberen 5-7Blättern mit der Stammkrebsresistenz bei Malus-V. ceratosperma und Pappeln-C. chrysosperma Interaktionen übereinstimmt. Daher kann die In-vivo-Blattinokulationsmethode bei der Pappelzüchtung von Stängeln verwendet werden, und die oberen 5-7 Blätter sind verfügbare Impfmaterialien. Der dritte wichtige Punkt dieser Methode ist die Herstellung ausreichender Wunden (30 Stellen werden empfohlen und 50 Stellen in diesem Protokoll) durch wiederholtes Nadelstechen nach der Pathogeninokulation, theoretisch, wobei sich theoretisch diese Wunden zu 50 unabhängigen nekrotischen Flecken auf drei Pappelblättern entwickeln, was eine genauere Beurteilung der Resistenz gegen Krebs bei Pappelnachkommen ermöglicht. Darüber hinaus sind die Feuchtigkeitserhaltung und die Auswahl der Lichtverhältnisse15 in den Blättern vorteilhaft, um eine stabilere und genauere Resistenzbewertung gegen Pappelstammkrebskrankheiten zu erhalten.

In diesem Protokoll wurden sowohl 1-jährige Pappelsetzlinge (kultiviert > 3 Monaten) als auch 1-jährige Zweige (kultiviert > 2 Monate) von mehrjährigen Pappeln als Impfmaterial verwendet. Die Pappelsetzlinge eignen sich ideal für das Screening auf Krankheitsresistenz, da sie konsistenter und einfacher zu bedienen sind. Im Gegenteil, die Auswahl von Pappelzweigen oder -blättern (die frei von Schädlingen, Krankheiten und mechanischen Beschädigungen sein sollten und die gleichen Umgebungsbedingungen wie Beleuchtung oder Beschattung aufweisen sollten) ist eine Herausforderung.

Im Vergleich zur traditionellen in vitro Stamminokulationsmethode verbessert die in vivo Blattinokulationsmethode die Pappelkrebsresistenzzüchtung in vielerlei Hinsicht deutlich: 1) Sie bietet eine praktikable Krankheitsresistenz-Screening-Methode für die Hybridzüchtung von Pappelstammkrebskrankheiten. Nach unserer Erfahrung kann ein 3-köpfiges Team die Pilzimpfung von mehr als 200 Pappelhybridklone an 1 Tag durchführen und dann nach 5-7 Tagen die Ergebnisse erhalten. So können die Züchter die Krankheitsresistenz einer großen Hybridpopulation (z. B. 1.000 Genotypen) in kurzer Zeit (z. B. 1 Monat) durch die Zusammenarbeit von 3-6 Personen untersuchen. 2) Die Methode der Blattinokulation verkürzt die Zeit der ersten Selektion für die Klone mit Krebsresistenz erheblich (von 5-7 Jahren auf 1-2 Jahre nach der Züchtung), was der frühen Selektion und Setzlingsauswahl von resistenten Klonen zur Eindämmung von Krebskrankheiten zugute kommt. 3) Mit der Methode der Blattinokulation können Forscher die Resistenzstruktur und -diversität aller Hybridnachkommen detailliert aufdecken und Resistenzkandidaten für die Produktion oder Züchtung erhalten. 4) Darüber hinaus begünstigt die Blattinokulationsmethode in Kombination mit der Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie das Mining von resistenzrelevanten Genen und Genmodulen4und kann in der Züchtung von Pappelresistenzen auf der Grundlage der genomischen Selektion (GS)-Technologie4 eingesetzt werden. Schließlich können Züchter für die kontinuierliche Produktion der oberen 5-7Blätter während der Wachstumsperiode der Pappel die Resistenz der Pappel gegen verschiedene Erregerstämme oder verschiedene Krankheitserreger untersuchen; dann bietet die Blattinokulationsmethode auch einen praktikablen Weg für die multiprojektive Züchtung von Pappeln, z. B. zur Gewinnung von Hybridklonen, die gleichzeitig gegen C . chrysosperma und B. dothidea Krebskrankheiten resistent sind. Es ist jedoch zu beachten, dass sich die Blattinokulationsmethode aus dem Screening auf Krebsresistenz bei einer relativ kleinen Hybridpappelnachkommen (48 Genotypen) entwickelt hat. Da es sich um eine kritische Strategie für die Züchtung von Pappelkrebsresistenzen handelt, muss die Wirksamkeit dieser Methode noch robuster durch eine größere Population von Pappelhybriden oder kultivierten Pappelplantagen validiert werden.

Dieses Protokoll wird zur Entwicklung der Hybridzüchtung von Pappelkrebskrankheiten (z. B. Cytospora-, Botryosphaeria- und Septoria-Krankheiten ) beitragen und resistente Pappelhybridklone in der Pappelaufforstung in China und Nordamerika bereitstellen. Darüber hinaus wird dieses Protokoll zu unserem Verständnis der Pathogenität von Stammkrebskrankheiten beitragen, genetische Assays und Gen-Mining erleichtern und die Entwicklung der molekularen Pappelzüchtung verbessern. Darüber hinaus impliziert die Blattinokulationsmethode auch eine genaue und stabile Bewertungsmethode für das Screening der Anfälligkeit von Krebserregern und die Bestimmung von Genen, die mit der Pathogenität von Pilzen in Verbindung stehen.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Forschung wurde gemeinsam von der Central Public-Interest Scientific Institution Basal Research Fund des State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding (Fördernummer CAFYBB2020ZY001-2) und der National Natural Science Foundation of China (Fördernummer 32171776) an Jiaping Zhao finanziert.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
AluminiumfolieBiosharpBS-QT-027B
C. chrysosperma isolateChina Forestry Culture Collection CenterCFCC86775Trennung und Konservierung durch unser Labor
Cytospora chrysospermaPlant Physiology Laboratory, Institut für Forstwirtschaft Neue Technologie, Chinesische Akademie für ForstwirtschaftNCBI-Zugangsnummer: MK994101 für rRNA-ITS und MN025273 für EF1α Gen    CGMCC-Nummer:40575Trennung und Konservierung durch unser Labor
Epson Perfection V370 FotoEpson V370Scanner; Scannen Sie die Blätter in das Bild
PDA (Kartoffel-Dextrose-Agar)  SolarbioP8931Nährstoffe für das Pilzwachstum
PE-KunststofffolieZur Fixierung von Pilzen auf den Blättern
Populus alba var. PyramidalisPlant Physiology Laboratory, Institute of Forestry New Technology, Chinese Academy of ForestryKultiviert von unserem Labor
SPSSIBMDatenanalysesoftware
Thermostat-InkubatorShanghai Kuntian Laboratory Instrument Co., LtdKTD-6000Bieten Sie eine Umgebung für das Wachstum von Pilzen
Robuste TG-6 KameraOLYMPUSZum Fotografieren von kranken Blättern

Referenzen

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In vivo Blattinokulation: Eine alternative Methode zur Beurteilung der Krankheitsresistenz von Hybridklonen in der Pappelzucht der Stammkrebskrankheit
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