Een effectieve inentingsmethode voor Phytophthora capsici op zwarte peperplanten
Summary
Het prikken van de basale kop van de zwarte peperplant is een korte en tijdbesparende methode om deze te beschadigen. Hier hebben we gedetailleerde stappen gegeven met een video voor het infecteren van zwarte peperplanten.
Abstract
Piper nigrum L. (zwarte peper) is een typische houtachtige wijnstok die een economisch belangrijk kruidengewas is over de hele wereld. De productie van zwarte peper wordt aanzienlijk beïnvloed door wortelrotziekte veroorzaakt door Phytophthora capsici, die de ontwikkeling van de industrie ernstig heeft beïnvloed als een “choke point” -probleem. Het moleculair genetische mechanisme van resistentie in zwarte peper is echter onduidelijk, wat leidt tot langzame vooruitgang in de ontwikkeling van nieuwe zwarte pepervariëteiten. Een effectieve inenting en nauwkeurig bemonsteringssysteem voor Phytophthora capsici op zwarte peperplanten is essentieel voor het bestuderen van deze plant-pathogeen interactie. Het belangrijkste doel van deze studie is om een gedetailleerde methodologie aan te tonen waarbij de basale kop van zwarte peper wordt ingeënt met Phytophthora capsici, terwijl het ook een referentie biedt voor de inenting van houtachtige wijnstokken. De basale kop van de zwarte peperplant werd geprikt om het te beschadigen, en myceliale pellets bedekten de drie gaten om het vocht vast te houden, zodat de ziekteverwekker de plant goed kon infecteren. Deze methode biedt een betere manier om de instabiliteit op te lossen die wordt veroorzaakt door traditionele inentingsmethoden, waaronder bodemdruppel of worteldimpeling. Het biedt ook een veelbelovend middel voor het bestuderen van het werkingsmechanisme tussen planten en andere bodemgedragen plantenpathogenen in de precisieveredeling van de landbouw.
Introduction
Zwarte peper (Piper nigrum L.) is een houtachtige klimmer en een van de belangrijkste kruidengewassen. Het staat bekend als de “King of Spices”1 en wordt geteeld in meer dan 40 landen en regio’s in Azië, Afrika en Latijns-Amerika. Phytophthora wortelrot is de meest verwoestende ziekte van zwarte peper en wordt veroorzaakt door de oomycete Phytophthora capsici. Deze ziekteverwekker infecteert ook cucurbits, aubergines, chilipepers en tomaten 2,3. Met zwarte peper kan soms een heel gewas worden gedecimeerd door deze ziekte. De uitbreiding van paprikaplantgebieden is beperkt als gevolg van de onbeschikbaarheid van resistente variëteiten, wat de ontwikkeling van de Chinese zwarte peperindustrie aanzienlijk heeft belemmerd. Een effectieve inenting en een nauwkeurig bemonsteringssysteem voor Phytophthora capsici op zwarte peperplanten zijn essentieel voor het bestuderen van deze plant-pathogeen interactie.
De identificatie en screening van resistentie in kiemplasmabronnen is de basisvereiste voor onderzoek naar de pathogeniciteit van de ziekteverwekker en de veredeling en het gebruik van resistente variëteiten. Een veel gebruikte aanpak is het gebruik van een verscheidenheid aan identificatiemethoden op basis van plantensoorten en pathogene groepen. De huidige identificatiemethoden omvatten populatie-identificatie, individuele identificatie, orgaanidentificatie, weefselidentificatie, celidentificatie, biochemische identificatie en moleculaire identificatie, die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld 4,5. Op deze gebieden is succes geboekt, maar er zijn ook veel problemen. Het maakt niet uit welke methode wordt gekozen, de basisvereisten voor het identificeren van plantresistentie zijn consistent, inclusief duidelijke doelstellingen, betrouwbare resultaten en methoden die eenvoudig, snel en gemakkelijk te standaardiseren zijn. Dit principe moet ook worden gevolgd bij de identificatie van zwarte peperresistentie.
In natuurlijke veldomstandigheden kan de identificatie van ziekteresistentie worden beïnvloed door vele omgevingsfactoren. Daarom werd voorgesteld om losse bladeren en geïrrigeerde wortels in het laboratorium te gebruiken om ziekteresistentie te identificeren. Jonge bladeren van gezonde planten werden in vitro in het laboratorium ingeënt en het zieke bladerengebied werd gemeten door de ziekteverwekker in te enten om de ziekteresistentie van planten te identificeren6. In vitro bladinenting kan echter alleen worden gebruikt voor algemene resistentie-identificatie en niet voor moleculaire interactiestudies. Desondanks presenteert de ziekteresistente status zich vaak in de geïrrigeerde wortelinenting, waardoor onzekerheid ontstaat in de vervolgstudie van moleculaire veredeling voor ziekteresistentie. Daarom zijn snelle en eenvoudige detectiemethoden binnenshuis essentieel. Deze studie heeft tot doel een methode te bieden voor resistentie-identificatie in het laboratorium.
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze studie werd de basale kop geprikt om schade aan te richten en een effectief inentingssysteem in de zwarte peperplant te bieden. Myceliale pellets bedekten vervolgens de drie gaten om vocht vast te houden en de ziekteverwekker in staat te stellen de plant goed te infecteren. Na inenting werden de bladeren geel en vielen af en stierven de geënte planten. Er ontwikkelden zich geen laesies in de controleplanten. De meeste genen kwamen na inenting met Phytophthora capsici anders tot expressie in vergelijking…
Acknowledgements
Dit werk werd financieel ondersteund door het National Key R&D Program of China (2020YFD1001200), het China Agriculture Research System (CARS-11), het specifieke onderzoeksfonds van The Innovation Platform for Academicians of Hainan Province (YSPTZX202154), de Natural Science Foundation van de provincie Hainan in China (321RC652) en de Natural Science Foundation of China (nr. 31601626).
Materials
| Agar powder | Solarbio | A8190 | |
| Clean bench | Haier | ||
| Dextrose | Xilong Scientific | 15700501 | |
| High temperature sterilizing oven | Zaelway | ||
| Petri dish plates | Biosharp | BS-90-D |
References
- 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).
