ナタネ茎のSclerotinia sclerotiorumに対する抵抗性の向上とナタネ藁由来の溶存有機物の菌糸体上での阻害に対する土壌中のセレンの強化と改善

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Environ. Pollut..2020 May;265(Pt A):114827. S0269-7491(20)30775-2. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114827.Epub 2020-05-19.

ナタネ茎のSclerotinia sclerotiorumに対する抵抗性の向上とナタネ藁由来の溶存有機物の菌糸体上での阻害に対する土壌中のセレンの強化と改善

Enhancement and improvement of selenium in soil to the resistance of rape stem against Sclerotinia sclerotiorum and the inhibition of dissolved organic matter derived from rape straw on mycelium.

Qin Cheng
Wei Jia
Chengxiao Hu
Guangyu Shi
Dandan Yang
Miaomiao Cai
Ting Zhan
Yanni Tang
Yingjie Zhou
Xuecheng Sun
Xiaohu Zhao

PMID: 32454382 DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114827.

抄録

S.sclerotinia sclerotiorum（S.sclerotiorum）によって引き起こされるSclerotinia茎腐病（SSR）は、Brassica napus L.を含む多くの作物で最も破壊的な病害の一つであり、S.sclerotiorumの防除のために殺菌剤が広範囲に使用されたことにより、長期的に環境に深刻な被害をもたらした。セレン（Se）は植物の成長を促進し、病害抵抗性を高めるなど、植物にとって有益な元素であることが報告されている。本研究では、土壌中のセレンがナタネ茎の病斑長を19.14％短縮することを明らかにした。一方、ナタネ茎のS.sclerotiorumに対する抵抗性のメカニズムは明らかにされていない。ナタネ茎のトランスクリプトーム解析を行った結果、抗真菌経路に関連する遺伝子がアップレギュレーションされていることが明らかになった。さらに、ナタネワラ由来の溶存有機物を土壌中でSe前処理したもの（RSDOM）がS.sclerotiorum菌糸体に及ぼす影響をメタボノミック解析により検討した結果、RSDOMは菌糸体のエネルギー代謝を著しく阻害することが明らかになった。さらに、RSDOMは菜の葉の菌糸体の病原性を有意に低下させ、菜の葉のクロロフィルII、カロテノイド、ODフェノールの含有量、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ（PAL）、ポリフェノールオキシダーゼ（PPO）の活性を高めることが示された。また、DIM と RSDOM を併用した場合には、DIM 単独の場合と比較して、S.sclerotiorum の菌糸増殖抑制効果が高かった（抑制率は 60％近くに達していた）。以上の結果から、Seは抗真菌経路に関連する遺伝子のアップレギュレーションによりナタネ茎のS.sclerotiorumに対する抵抗性を高め、RSDOMは菌糸体の増殖抑制を改善し、ナタネ葉上の菌糸体の病原性を低下させることが示唆された。以上のことから、SeおよびSeを濃縮した副産物は、S.sclerotiorumを防除するための生態学的殺菌剤として開発される可能性があると考えられた。

Sclerotinia stem rot (SSR), caused by Sclerotinia sclerotiorum (S. sclerotiorum), one of the most destructive diseases in many crops including Brassica napus L. The extensive use of fungicides to control S. sclerotiorum caused severe damage to the environment in the long term. Increasing study reported that selenium (Se) is a beneficial element for plant by promoting growth and enhancing disease resistance. In this study, it was found that Se in soil shortened lesion length by 19.14% on rape stem infected with S. sclerotiorum. While resistance mechanism of rape stem against S. sclerotiorum remains unknown. Transcriptomic analysis of rape stem was performed and the results indicated that genes related to antifungal pathways were up-regulated. Moreover, metabonomic analysis was carried out to study the inhibitive effect of the dissolved organic matter derived from rape straw with Se pretreatment in soil (RSDOM) on S. sclerotiorum mycelium, results showed that RSDOM caused severe damage to energy metabolism of mycelium. Further study indicated that RSDOM decreased the pathogenicity of mycelium on rape leaves significantly, and enhanced content of chlorophyII, carotenoids, OD phenol and activities of phenylalanine ammonia-lyase (PAL), polyphenol oxidase (PPO) in rape leaves, which suggested that RSDOM plays a positive role in regulating oxidative stress responses of plant when infected with S. sclerotiorum. In addition, when compared with dimcthachlon (DIM) treatment alone, DIM combined with RSDOM resulted in higher inhibition on mycelial growth of S. sclerotiorum (the inhibition ratio of nearly 60%). Results in this study suggested that Se enhanced the resistance of rape stem against S. sclerotiorum because of the up-regulated genes related to antifungal pathways, and RSDOM improved the mycelial growth inhibition and decreased the pathogenicity of mycelium on rape leaves. Overall, Se as well as Se-enrich byproducts, possessed great potential to be developed as ecological fungicides for controlling S. sclerotiorum.