Forskere finder ud af, at calcium kan beskytte kartoffelplanter mod bakteriel visne

Forskere har opdaget, at calcium spiller en væsentlig rolle i at øge kartoffelplanters modstandsdygtighed over for bakteriel visne. Denne sygdom forårsager verdensomspændende tab af kartofler, der koster 19 milliarder dollars om året. Resultaterne åbner nye veje for integrerede sygdomshåndteringsstrategier, herunder potentialet for calciumændringer i jorden som en del af en omfattende tilgang til bekæmpelse af bakteriel visne i kartofler.

Studiet er publiceret i Applied and Environmental Microbiology .

Ralstonia solanacearum species complex (RSSC) er en fytopatogene bakteriegruppe, der forårsager bakteriel visne i flere afgrøder.

"Vores forskerhold har været dedikeret til at studere Ralstonia solancearum-kartoffel-patosystemet i årevis med et primært fokus på at udvikle kartoffelsorter med resistens over for bakteriel visnesyge," siger den tilsvarende undersøgelsesforfatter María Inés Siri, Ph.D., fra Institut for Biosciences, University of the Republic, i Montevideo, Uruguay.

Patosystemer som dette er undersystemer af økosystemer, der specifikt er defineret af parasitisme, hvor parasitten er enhver art, der bruger en betydelig del af sin levetid på at bebo og få næringsstoffer fra en vært. Siri sagde, at forholdet mellem kartoffelplantens ionom (mineral- og sporelementsammensætning) og resistensniveauer over for RSSC ikke er blevet behandlet indtil nu.

I det nye studie indledte forskerne deres undersøgelse ved at bruge kartoffelplantegenotyper med kontrasterende niveauer af resistens over for bakteriel visne. Denne tilgang gjorde det muligt for forskerne at undersøge, hvordan forskellige niveauer af naturlig resistens i planterne kunne forbindes med deres mineralsammensætninger.

Forskerne vurderede mineralindholdet i forskellige dele af kartoffelplanterne, såsom xylemsaften, rødder, stængler og blade, med fokus på forholdet mellem disse mineraler, især calcium, og planternes modstandsdygtighed over for bakteriel visne.

Efter denne mineralvurdering undersøgte forskerne virkningen af ​​calcium på flere aspekter relateret til patogenets virulens, herunder dets væksthastighed, evne til at danne biofilm og motilitet.

Desuden evaluerede de calciums effekt på at øge planteresistens gennem kontrollerede podningsforsøg, hvilket gav et omfattende overblik over, hvordan calciumtilskud potentielt kunne styrke kartoffelplantens forsvarsmekanismer mod bakteriel visne.

Holdet opdagede et positivt forhold mellem koncentrationerne af calcium og kartoffelgenotypernes resistensniveauer over for bakteriel visne. De fandt også ud af, at kalktilskud til kartoflen var i stand til at reducere væksthastigheden af ​​patogenet, der forårsagede visnen, og negativt påvirke patogenets evne til at danne biofilm og bevæge sig, hvilket er afgørende for dets virulens og evne til at forårsage sygdom.

"Der er flere spændende retninger for fremtidig forskning, der stammer fra vores resultater," sagde Siri.

"Vi planlægger at dykke dybere ned i forståelsen af, hvordan calcium påvirker patosystemet på det transkriptomiske niveau, herunder planteforsvarsmekanismer og patogenets virulens. Vi har også til formål at udforske plantemikrobiomets rolle i resistens og udvikle praktiske feltforvaltningsstrategier, der inkorporerer calciumbefrugtning."

Undersøgelsen er den første til at bruge mikrofluidiske kamre til at overvåge patogenvækst og biofilmdannelse under forhold, der efterligner plantens vaskulære system, sagde Siri. Denne innovative tilgang har givet værdifuld indsigt i, hvordan calciumtilskud kan hæmme patogenets evne til at danne biofilm, en nøglefaktor i dets virulens.

"Derudover er dette metodologiske fremskridt ikke kun begrænset til vores nuværende undersøgelse, men lover også fremtidig forskning om dette vigtige vaskulære patogen," sagde Siri.

"Ved at tilbyde et nyt værktøj til detaljeret observation og analyse kan vores tilgang udnyttes i yderligere undersøgelser til at afdække kompleksiteten af ​​plante-patogen-interaktioner og til at udforske nye sygdomshåndteringsstrategier."

Flere oplysninger: Anvendt og miljømæssig mikrobiologi (2024). journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00242-24

Journaloplysninger: Anvendt og miljømæssig mikrobiologi

Leveret af American Society for Microbiology