Adventivwurzeln von Pappeln, die durch Stängelkrebserreger induziert werden: Ein experimentelles System zur Untersuchung der Wurzelbiologie und der Prozesse im Zusammenhang mit der Lichtreaktion

Der Zweck dieses Forschungsprotokolls besteht darin, eine Methode zur Herstellung von Adventivwurzeln durch Umgürte und Inokulation von Pilzpathogenen an den Stämmen von Pappelzweigen zu beschreiben. Wir schlagen diese Methode als ideales experimentelles System für die Untersuchung der Wurzelbiologie und der Lichtreaktionsprozesse in Pappel-Pathogen-Interaktionen vor.

Obwohl die Wachstumsförderung von nützlichen Mikroorganismen an den Wurzeln wie den pflanzenwachstumsfördernden Rhizobakterien, ekto-endophytischen Bakterien oder vaskulären Mykorrhizapilzen oder Ektomykorrhizapilzen bei vielen Pflanzenarten berichtet wurde, wurde die Induktion von Adventivwachstum durch Krankheitserreger nicht dokumentiert. Dieses Protokoll stellt ein normales Phänomen der Wurzelentwicklung bei Pappeln dar.

Die Entwicklung und das Verhalten von Pappelwurzeln wurden in verschiedenen Umgebungen und in Wechselwirkung mit nützlichen Mikroorganismen untersucht. Unsere Forschung führt jedoch ein neues Gebiet der Pflanzenwachstumsbiologie ein, die Induktion von Adventivwurzeln in Pappeln durch pilzliche Stängelpathogene. Wir glauben, dass diese Erkenntnis nicht nur die Erforschung der Wachstumsbiologie, sondern auch das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Krankheitserregern voranbringen wird.

Dieses Forschungsprotokoll zeigte, dass Stammpathogene bei Pappeln Adventivwurzeln induzierten. Wir können akzeptieren, dass die Erreger auch die Genexpressionsmuster in Adventivwurzeln auf transkriptioneller, posttranskriptioneller und epigenetischer Modifikationsebene verändern können. Daher haben die in diesem Protokoll vorgeschlagenen Methoden den Weg für die Forschung an den Adventivwurzeln der Pappel geebnet.

In Zukunft werden wir uns auf die physiologischen und molekularen Mechanismen von Krebserregern konzentrieren, die bei Pappeln die Bildung von Adventivwurzeln induzieren. Wir werden auch den Resistenzmechanismus und die epigenetische Modifikation von Adventivwurzeln aus Pappeln nach Erregerimpfung erforschen und versuchen, die Anwendung dieses Phänomens in der Aufforstung herauszufinden.

[Erzähler] Um Kartoffel-Dextrose-Agar oder PDA-Medium herzustellen, lösen Sie sechs Gramm Kartoffelextrakt, 20 Gramm Dextrose und 20 Gramm Agar in einem Liter Wasser auf. Sterilisieren Sie das Medium bei 121,1 Grad Celsius für 30 Minuten. Gießen Sie das Medium in Petrischale, die jeweils 20 Milliliter PDA-Medium enthalten. Impfen Sie den aktivierten Pilz-Myzelwürfel von Valsa sordida oder Botryosphaeria dothidea in der Mitte der Petrischale. Inkubieren Sie das Gericht im Dunkeln bei 28 Grad Celsius für sieben bis 10 Tage. Schneiden Sie nach der Inkubation das PDA-Medium mit Pilzmyzel in Streifen. Wählen Sie als Nächstes einen ein- bis zweijährigen, kräftig wachsenden Pappelsetzling aus und wählen Sie einen reifen Stamm aus dem Setzling. Sterilisieren Sie den Impfbereich mit 75% Ethanol. Gürteln Sie vorsichtig die Epidermis und das Phloem des sterilisierten Pappelstängels. Entferne die umgürteten Phloemringe, einschließlich eines Teilkambiums, um das innere Kambium oder Xylem freizulegen. Decken Sie den Gürtelbereich vollständig mit Pilzmyzelbändern als Phloemgürtel-Impfbehandlung ab. Wickeln Sie den geimpften Stiel mit vier Lagen dehnbarem, transparentem Pfropfband ein, um die Feuchtigkeit zu speichern. Kratzen und beschädigen Sie mit einem sterilisierten Messer das innere Kambiumgewebe der freiliegenden Stelle. Impfen Sie dann das PDA-Band als Teil der Kambiumentfernungsbehandlung auf den Gürtelbereich. Als nächstes impfen Sie die Gürtelregionen direkt mit unkultivierten PDA-Medium-Bändern als Gürtelkontrolle. Wickeln Sie den geimpften Stiel mit vier Lagen dehnbarem, transparentem Pfropfband ein, um die Feuchtigkeit zu speichern. Binden Sie den geimpften Stiel mit einem Stock zusammen, um ihn vor Windschutz zu schützen. Beobachten und notieren Sie nach 14 bis 30 Tagen der Inokulation die Bildung von Adventivwurzeln aus Pappeln. Gürteln Sie vorsichtig die Epidermis des Pappelstängels, um das grüne Phloemgewebe freizulegen. Kratzen Sie dann das Phloemgewebe vertikal ab und legen Sie die innere Struktur des Phloems frei. Beimpfen Sie die umgürtete Epidermisregion mit Pilzmyzel und PDA-Band, wie zuvor gezeigt. Wickeln Sie die geimpften Stängel mit vier Lagen dehnbarem, transparentem Pfropfband ein. Beobachten und notieren Sie nach 14 bis 30 Tagen der Inokulation die Bildung von Pappeln-Adventivwurzeln oder Adventivwurzeln. Die Stammkrebserreger V. sordida und B. dothidea induzierten die Bildung von Adventivwurzeln in den Stängeln von Populus alba var. pyramidalis nach der Inokulation mit Phloemgürteln. Adventive Wurzeln wurden auch an den Stämmen des 6-jährigen P. alba var. pyramidalis durch den Erreger V. sordida nach dem Phloem-Umgürten induziert, mit Wurzellängen von mehr als 7,0 Zentimetern. Nachdem Sie Adventivwurzeln in Pappeln mit der Phloemgürtel- oder Epidermisgürtel-Inokulationsmethode induziert haben, wickeln Sie den mit Krankheitserregern geimpften Bereich zur Beschattungsbehandlung mit Aluminiumfolie ein. Binden Sie den Stiel mit einem Stock zusammen, um ihn vor Windschutz zu schützen. Nach 20 Tagen entfernst du die Alufolie von den Stielen. Beobachten und fotografieren Sie die mit Aluminiumfolie beschatteten und unbeschatteten Pappel-Adventivwurzeln. Kultivieren Sie die beschatteten Pappel-Adventivwurzeln im Sonnenlicht oder unter künstlichen Lichtquellen. Entfernen Sie nach ein bis fünf Tagen Lichteinwirkung die Veredelungsbänder und ernten Sie die Adventivwurzeln der Pappel. Wickeln Sie die Adventivwurzeln mit Alufolie ein. Weichen Sie die Adventivwurzelproben in flüssigem Stickstoff ein und lagern Sie sie bei minus 80 Grad Celsius. Die Lichteinwirkung verwandelte weiße oder hellrote Adventivwurzeln innerhalb von drei Tagen in rote Adventivwurzeln an P. alba var. pyramidalis, wobei die Pigmentbiosynthese mit der Bildung von Cyanidin-3-O-Glucosid verbunden war.