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西红柿混合化学鸡尾酒 早期发现粮食作物的抗病性

2019-03-19 10:16:44 • 来源：

细菌枯萎病严重破坏了世界各地的粮食作物。它摧毁了主要的农作物，如西红柿，土豆，香蕉，生姜和胡椒。它发生在许多国家，攻击了200多种植物。导致疾病的细菌多年来一直在土壤，种子和植物材料中徘徊。它也可以感染水和农业设备。

西红柿混合化学鸡尾酒 早期发现粮食作物的抗病性

植物育种者和农民想要尽早了解品种对细菌的抗性。但到目前为止，他们不得不种植 - 然后等待成熟植物观察田间的抗性。现在，研究显示了为农民和植物育种者节省时间和降低风险的可能方法。一种新方法有望比以前更早地预测品种抗性。研究人员现在可以分析苗期的品种抗性，以应对各种威胁。他们使用植物代谢组学和统计建模来解码植物的化学防御。

结合遗传方法，该方法将有助于鉴定依赖于几个基因的抗性，这是植物育种中长期存在的挑战。

农民的困境

“当农民购买种子时，他们需要考虑植物必须生存的威胁。例如，一个农场可能有干旱和高温。如果土壤已经感染了导致枯萎的青枯雷尔氏菌，那么农民有两种选择Ian Dubery教授说，他是约翰内斯堡大学植物代谢组学研究中心主任。

“首先，不要种植受到细菌枯萎病侵袭的作物。第二，选择更具抗性的植物栽培品种。如果有干旱，高温和细菌枯萎病，农民想要一种对三种威胁都具有足够抗性的栽培品种。”

在全基因组DNA测序的时代，这可能看起来很简单。分析品种的所有基因，并选择具有正确基因的基因用于特定农场的威胁。但植物的抗性可能不会那样。对于一种威胁，单个基因可以打开或关闭电阻。另一方面，可能涉及几种基因。

“很难看出哪些品种对青枯病具有抗性。对青枯雷尔氏菌的抗性是一种多基因特性 - 它取决于许多基因 - 而这些尚未被很好地理解。科学知道它是如何工作的还需要时间，” Dubery。

依赖植物的样子也具有欺骗性。当植物年轻时，可能会说一个品种无法抵御威胁 - 它很容易受到威胁。但Dubery表示，消除易感品种并不能让你产生抗药性品种。在植物免疫中，易感性和抗性可能受环境因素的严重影响。

在目前的情况下，农民冒着在受感染的土壤中死亡的风险。成熟植物的抗性也低于预期。植物育种者有时间改善不适合农业的品种。

化学番茄防御

对于研究文章，然后荣誉学生Dylan Zeiss研究了四种番茄品种。该品种在商业农业中对青枯雷尔氏菌具有中等至高的抗性。他从每个品种的健康植物中取出一些叶子，茎和根，并将它们捣碎。然后他分析了这些混合物中的化学物质，这些化学物质可以保护自己。

“植物可以抵抗细菌，病毒或环境压力等威胁。但与动物不同，它们没有循环免疫细胞来支持获得性免疫，”蔡司说。“植物利用其基因编码的先天抗性。它们还合成各种抗微生物化学物质以对抗威胁。对于每种威胁，植物都需要制造不同的化学品”鸡尾酒“。根据地点，天气和其他压力，鸡尾酒会有所不同。“

蔡司从番茄品种中分析了41种这些化学物质，称为次生代谢物。他使用液相色谱和高清质谱联用。这表明哪种栽培品种代谢产生了多少代谢产物。然后研究人员通过统计引擎运行原始数据进行多变量分析。

仅比遗传学更好

植物检测到在其环境中攻击它们的是什么。有些品种可以更好地同时检测到多种威胁，并制作所需的所有化学品来保护自己。

如果一个品种对威胁具有更强的抵抗力，它将产生更多所需的化学物质。这些化学物质在分析中显示为强峰。如果品种对这种威胁没有太大的抵抗力，它要么不产生化学物质，要么产生少量的化学物质。

研究人员比较了这些品种'鸡尾酒'的化学成分，并将其与品种对细菌枯萎病的已知抗性相关联。在这个过程中，他们发现了番茄抗枯萎病的“代谢指纹”。

“原则上，我们可以将这种方法用于任何植物 - 病原体相互作用。在苗期可以预测品种的可能抗性，”Dubery说。

“如果一个品种具有抵抗威胁的遗传能力，它将合成化学物质以保护自己。这样，我们可以'看到'植物抗性比仅仅看它们好得多。

“当幼苗只有几周时，我们可以做到这一点，而不是等待几个月才能看到成熟的植物是否具有抗性，”他说。

Dubery说，未来，植物育种者可以通过将代谢组学与基因技术相结合，选择对热，干旱，细菌和病毒更具抗性的粮食作物品种。

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