Populier onvoorziene wortels geïnduceerd door stengelkankerpathogenen: een experimenteel systeem voor het bestuderen van wortelbiologie en lichtresponsgerelateerde processen

Min Li; Donglin Wang; Yuchen Fu; Mingzhuo Zhao; Zheng Li; Wanna Shen; Long Pan; Xiaohua Su; Jiaping Zhao

doi:10.3791/67304

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Populier onvoorziene wortels geïnduceerd door stengelkankerpathogenen: een experimenteel systeem voor het bestuderen van wortelbiologie en lichtresponsgerelateerde processen

755 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/67304

⸱

11 oktober 2024

Min Li^*¹^,² , Donglin Wang^*¹^,² , Yuchen Fu¹^,² , Mingzhuo Zhao³ , Zheng Li¹^,² , Wanna Shen¹^,² , Long Pan¹^,² , Xiaohua Su⁴ , Jiaping Zhao¹^,²

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 dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol om de productie van onvoorziene wortels (AR's) te induceren via de inoculatieroute voor floëem- of epidermisgordelschimmelpathogenen, die geschikt is voor de studie van wortelbiologie en de lichtresponsgerelateerde fysiologische processen in populier.

Samenvatting

Valsa sordida en Botryosphaeria dothidea zijn twee cruciale necrotrofe schimmelpathogenen die veel plantengastheren beschadigen, met name soorten in het geslacht Populus. Deze twee schimmelpathogenen komen voornamelijk voor in populierentakken, stengels en twijgen en veroorzaken klassieke symptomen zoals kankerlaesies, afsterven van het bladerdak en verwelking. Inenting van ziekteverwekkers is de meest efficiënte manier om het mechanisme van plantenziekten te bestuderen. Naast de kankerlaesies rond de inoculatieplaatsen op de stengels, werd een nieuw ontwikkelingsfenomeen, overvloedige onvoorziene wortels (AR's) met een felrode kleur, waargenomen bij populierensoorten na inoculaties van stengelkankerpathogenen. In deze studie beschreven we de methode voor het induceren van AR's met behulp van schimmelpathogenen in populieren. De cruciale stap van deze methode is de inoculatie van de ziekteverwekker na (floëem of epidermis) omgordingsmanipulatie. De tweede cruciale stap is het aanbrengen van het vochtinbrengende materiaal. Vergeleken met de vochtinbrengende manipulatie met Parafilm, kan het inpakken van de geïnoculeerde plaatsen met huishoudelijke polyethyleen (PE) plasticfolie kleurrijke, talrijke en robuuste AR's produceren in 20 dagen na gordel-inoculatie. Ten slotte ontsproten witte AR's uit de geënte ringen in de populierenstengels na een schaduwbehandeling (het omwikkelen van de stengels met aluminiumfolie). Deze methode introduceert een nieuw experimenteel systeem voor het bestuderen van wortelontwikkeling en morfogenese, dat cruciaal is voor het begrijpen van de biologie van wortelontwikkeling, morfogenese en respons onder ziektestress. Bovendien kan deze studie, in combinatie met een schaduwbehandeling, een handig experimenteel systeem bieden voor het onderzoeken van lichtresponsgerelateerde processen, bijvoorbeeld de biosynthese van flavonoïden, anthocyanen of andere verwante metabolieten, en genen of transcriptiefactoren die bij deze processen betrokken zijn.

Inleiding

Populierenstamkankerziekten veroorzaakt door necrotrofe schimmelpathogenen, Valsa sordida en Botryosphaeria dothidea, zijn de twee cruciale boomziekten in Noord-China die de ontwikkeling van ecologische en economische plantages van populierensoorten ernstig hebben geschaad. Populierenkankerziekten komen altijd voor op de schors van de stammen en takken, terwijl aflaesies hun typische symptomen zijn. Na het begin van de ziekten beschadigden de zich uitbreidende kankerlaesies geleidelijk het floëem, camium en xyleem van gastheren. Verder beïnvloedden ze het transport van geassimileerde producten en water door het vaatstelsel. Hoe de kankerpathogenen het floëem- en xyleemtransport belemmeren, blijft echter onduidelijk.

Om de transportmechanismen van koolhydraten en water in populieren die besmet zijn met kankerpathogenen te onthullen, stelden we de floëem- of epidermis-omgordingsinoculatiemethoden ^1,2 voor, die de klassieke manipulatie van de tuingordel en de inoculatiemethode van pathogenen combineerden (mycelia blokwondinoculatie). Deze methoden kunnen het besmettingsproces en de verstopping van water en koolhydraten door kankerpathogenen simuleren.

Ons onderzoek illustreerde dat schimmelpathogenen het afsterven van het bladerdak van populieren veroorzaakten door aanvankelijk koolstofhonger te veroorzaken, niet hydraulisch falen 1,3,4,5. Verrassend genoeg hebben we een speciale rhizogenese waargenomen op populierenstengels die geassocieerd waren met de inoculatie van stengelkankerpathogenen: overvloedige rode onvoorziene wortels (AR's) groeien vanaf het onderste uiteinde van de bovenste stengels (tegenover de bovenrand van de floëem of epidermis-gordelringen). Bovendien illustreerden onze experimenten dat de productie van AR's universeel is in de interactie tussen populieren-kankerpathogenen. Ze kunnen worden geproduceerd uit soorten populierensoorten of klonen van verschillende leeftijden (1, 2 of zelfs 6 jaar oud) en kunnen worden geïnduceerd door verschillende kankerpathogenen (V. sordida en B. dothidea) of hun isolaten. Daarnaast hebben we de kleurmechanismen van populieren AR's bestudeerd, en de resultaten toonden aan dat het geassocieerd is met de biosynthese van flavonoïden en anthocyanen, evenals genexpressieregulatie van lichtgerelateerde genen (of genmodules) onder lichtomstandigheden⁶. Daarom kunnen deze door pathogenen geïnduceerde populieren-AR's worden gebruikt als een stabiel en ideaal experimenteel systeem voor de studie van de interactie tussen plant en ziekteverwekker, wortelbiologie en de functie en expressie van lichtgerelateerde genen.

In deze studie zullen we het protocol introduceren en verstrekken om een experimenteel systeem voor populieren-AR's op te zetten via een omgordingsinoculatieroute; bovendien wijzen we op de cruciale factoren die de vorming van AR's beïnvloeden en gaan we in op de mogelijke toepassing van de gordelinoculatie in de studie van de biologie van populierenwortels en andere fysiologische processen die verband houden met lichtrespons.