Eine wirksame Impfmethode für Phytophthora capsici auf schwarzen Pfefferpflanzen
Summary
Das Nadelstechen des Basalkopfes der schwarzen Pfefferpflanze ist eine kurze und zeitsparende Methode, um sie zu beschädigen. Hier haben wir detaillierte Schritte mit einem Video zur Infektion von schwarzen Pfefferpflanzen bereitgestellt.
Abstract
Piper nigrum L. (schwarzer Pfeffer) ist eine typische holzige Rebe, die weltweit eine wirtschaftlich wichtige Gewürzpflanze ist. Die Produktion von schwarzem Pfeffer wird erheblich durch die durch Phytophthora capsici verursachte Wurzelfäulekrankheit beeinträchtigt, die die Branchenentwicklung als “Engpassproblem” ernsthaft beeinflusst hat. Der molekulargenetische Mechanismus der Resistenz in schwarzem Pfeffer ist jedoch unklar, was zu langsamen Fortschritten bei der Entwicklung neuer schwarzer Pfeffersorten führt. Eine effektive Impfung und ein präzises Probenahmesystem für Phytophthora capsici an schwarzen Pfefferpflanzen sind für die Untersuchung dieser Pflanzen-Krankheitserreger-Interaktion unerlässlich. Das Hauptziel dieser Studie ist es, eine detaillierte Methodik zu demonstrieren, bei der der basale Kopf von schwarzem Pfeffer mit Phytophthora capsici beimpft wird, und gleichzeitig eine Referenz für die Impfung von holzigen Rebpflanzen zu liefern. Der Basalkopf der schwarzen Pfefferpflanze wurde gestochen, um sie zu beschädigen, und Myzelpellets bedeckten die drei Löcher, um die Feuchtigkeit zu speichern, damit der Erreger die Pflanze gut infizieren konnte. Diese Methode bietet eine bessere Möglichkeit, die Instabilität zu lösen, die durch traditionelle Impfmethoden verursacht wird, einschließlich Bodentränken oder Wurzeltauchen. Es bietet auch ein vielversprechendes Mittel, um die Wirkungsweise zwischen Pflanzen und anderen bodenbürtigen Pflanzenpathogenen in der landwirtschaftlichen Präzisionszüchtung zu untersuchen.
Introduction
Schwarzer Pfeffer (Piper nigrum L.) ist ein holziger Kletterer und eine der wichtigsten Gewürzpflanzen. Er ist als “König der Gewürze“1 bekannt und wird in über 40 Ländern und Regionen in Asien, Afrika und Lateinamerika angebaut. Phytophthora-Wurzelfäule ist die verheerendste Krankheit des schwarzen Pfeffers und wird durch den Oomyceten Phytophthora capsici verursacht. Dieser Erreger infiziert auch Kürbisgewächse, Auberginen, Chilischoten und Tomaten 2,3. Mit schwarzem Pfeffer kann manchmal eine ganze Ernte durch diese Krankheit dezimiert werden. Die Ausweitung der Pfefferanbauflächen ist aufgrund der Nichtverfügbarkeit resistenter Sorten eingeschränkt, was die Entwicklung der chinesischen Schwarzpfefferindustrie erheblich behindert hat. Eine effektive Impfung und ein präzises Probenahmesystem für Phytophthora capsici an schwarzen Pfefferpflanzen sind für die Untersuchung dieser Pflanzen-Pathogen-Interaktion unerlässlich.
Die Identifizierung und das Screening von Resistenzen in Keimplasmaressourcen ist die Grundvoraussetzung für die Erforschung der Pathogenität des Erregers und die Züchtung und Verwertung resistenter Sorten. Ein weit verbreiteter Ansatz ist die Verwendung einer Vielzahl von Identifizierungsmethoden, die auf Pflanzenarten und Krankheitserregergruppen basieren. Zu den derzeitigen Identifizierungsmethoden gehören die Identifizierung von Populationen, die Identifizierung von Einzelpersonen, die Identifizierung von Organen, die Identifizierung von Geweben, die Identifizierung von Zellen, die biochemische Identifizierung und die molekulare Identifizierung, die in den letzten Jahren entwickelt wurden 4,5. In diesen Bereichen gab es Erfolge, aber es gibt auch viele Probleme. Unabhängig davon, welche Methode gewählt wird, sind die grundlegenden Anforderungen an die Identifizierung von Pflanzenresistenzen konsistent, einschließlich klarer Ziele, zuverlässiger Ergebnisse und Methoden, die einfach, schnell und leicht zu standardisieren sind. Dieses Prinzip muss auch bei der Identifizierung von Schwarzpfefferresistenzen befolgt werden.
Unter natürlichen Feldbedingungen kann die Identifizierung von Krankheitsresistenzen durch viele Umweltfaktoren beeinflusst werden. Daher wurde vorgeschlagen, abgelöste Blätter und bewässerte Wurzeln im Labor zu verwenden, um Krankheitsresistenzen zu identifizieren. Junge Blätter von gesunden Pflanzen wurden in vitro im Labor geimpft, und die erkrankte Blattfläche wurde durch Impfung des Erregers gemessen, um die Krankheitsresistenz von Pflanzen zu identifizieren6. Die In-vitro-Blattimpfung kann jedoch nur zur allgemeinen Resistenzidentifizierung und nicht für molekulare Interaktionsstudien verwendet werden. Trotzdem zeigt sich der krankheitsresistente Status häufig in der bewässerten Wurzelimpfung, was zu Unsicherheit in der Folgestudie der molekularen Züchtung auf Krankheitsresistenz führt. Daher sind schnelle und einfache Indoor-Detektionsmethoden unerlässlich. Diese Studie zielt darauf ab, eine Methode zur Resistenzidentifikation im Labor bereitzustellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie wurde der Basalkopf gestochen, um ein wirksames Impfsystem in der schwarzen Pfefferpflanze zu schädigen und bereitzustellen. Myzelpellets bedeckten dann die drei Löcher, um Feuchtigkeit zu speichern und es dem Erreger zu ermöglichen, die Pflanze gut zu infizieren. Nach der Impfung färbten sich die Blätter gelb und fielen ab und die geimpften Pflanzen starben. In den Kontrollanlagen entwickelten sich keine Läsionen. Die meisten Gene exprimierten nach der Impfung mit Phytophthora capsici im …
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde vom National Key R&D Program of China (2020YFD1001200), dem China Agriculture Research System (CARS-11), dem spezifischen Forschungsfonds der Innovationsplattform für Akademiker der Provinz Hainan (YSPTZX202154), der Natural Science Foundation of Hainan Province of China (321RC652) und der Natural Science Foundation of China (Nr. 31601626) finanziell unterstützt.
Materials
| Agar powder | Solarbio | A8190 | |
| Clean bench | Haier | ||
| Dextrose | Xilong Scientific | 15700501 | |
| High temperature sterilizing oven | Zaelway | ||
| Petri dish plates | Biosharp | BS-90-D |
Riferimenti
- Gordo, S. M., et al. High-throughput sequencing of black pepper root transcriptome. BMC Plant Biology. 12 (1), (2012).
- Leonian, L. H. Stem and fruit blight of Peppers caused by Phytophthora capsici sp. Nov. Phytopathology. 12 (9), 401-408 (1922).
- Ding, X., et al. Priming maize resistance by its neighbors: Activating 1,4-benzoxazine-3-ones synthesis and defense gene expression to alleviate leaf disease. Frontiers in Plant Science. 6, 830 (2015).
- Fonseca, C. E. L., Vianda, D. R., Hansen, J. L., Pell, A. N. Associations among forage quality traits, vigor, and disease resistance in alfalfa. Crop Science. 39 (5), 1271-1276 (1999).
- Altier, N. A., Thies, J. A. Identification of resistance to Pythium seedling disease in Alfalfa using a culture plate method. Plant Disease. 79 (4), 341-345 (1995).
- Pratt, R. G., Rowe, D. E. Evaluation of simplified leaf inoculation procedures for identification of quantitative resistance to Sclerotinia trifoliorum in Alfalfa seedling. Plant Disease. 82 (10), 1161-1164 (1998).
- Hao, C., et al. De novo transcriptome sequencing of black pepper (Piper nigrum L.) and an analysis of genes involved in phenylpropanoid metabolism in response to Phytophthora capsici. BMC Genomics. 17 (1), 1-14 (2016).
- Dong, C., et al. Field inoculation and classification of maize ear rot caused by Fusarium verticillioides. Bio-protocol. 8 (23), 3099 (2018).
- English, J. T., Laday, M., Bakonyi, J., Schoelz, J. E., Érsek, T. Phenotypic and molecular characterization of species hybrids derived from induced fusion of zoospores of Phytophthora capsica and Phytophthora nicotianae. Mycological Research. 103 (8), 1003-1008 (1999).
- Chatterjee, S., et al. Antioxidant activity of some phenolic constituents from green pepper (Piper nigrum L.) and fresh nutmeg mace (Myristica fragrans). Food Chemistry. 101 (2), 515-523 (2007).
- Pfender, W. F. Production of sporangia and release of zoospores by Phytophthora megasperma in soil. Phytopathology. 67 (5), 657-663 (1977).
- Nagila, A., Schutte, B. J., Sanogo, S., Idowu, O. J. Chile pepper sensitivity to mustard seed meal applied after crop emergence. HortScience. 56 (2), 1-7 (2021).
- Lamour, K. H., Stam, R., Jupe, J., Huitema, E. The oomycete broad-host-range pathogen Phytophthora capsica. Molecular Plant Pathology. 13 (4), 329-337 (2012).
- Hardham, A., Gubler, F. Polarity of attachment of zoospores of a root pathogen and pre-alignment of the emerging germ tube. Cell Biology International Reports. 14 (11), 947-956 (1990).
