Phytopathology

Cassiicolin (Cas), a toxin produced by Corynespora cassiicola, is responsible for Corynespora leaf fall disease in susceptible rubber trees. Currently, the molecular mechanisms of the cytotoxicity of Cas and its host selectivity have not been fully elucidated. Here, we analyzed the binding of Cas1 and Cas2 to membranes consisting of different plant lipids and their membrane disruption activities. Using high-speed atomic force microscopy and confocal microscopy, we reveal that the binding and disruption activities of Cas1 and Cas2 on lipid membranes are strongly dependent on the specific plant lipids. The negative phospholipids, glycerolipids, and sterols are more sensitive to membrane damage caused by Cas1 and Cas2 than neutral phospholipids and betaine lipids. Mature Cas1 and Cas2 play an essential role in causing membrane disruption. Cytotoxicity tests on rubber leaves of Rubber Research Institute of Vietnam (RRIV) 1, RRIV 4, and Prang Besar (PB) 255 clones suggest that the toxins cause necrosis of rubber leaves, except for the strong resistance of PB 255 against Cas2. Cryogenic scanning electron microscopy analyses of necrotic leaf tissues treated with Cas1 confirm that cytoplasmic membranes are vulnerable to the toxin. Thus, the host selectivity of Cas toxin is attained by the lipid-dependent binding activity of Cas to the membrane, and the cytotoxicity of Cas arises from its ability to form biofilm-like structures and to disrupt specific membranes.

Peat moss-based potting mix was amended with either of two composted swine wastes, CSW1 and CSW2, at rates from 4 to 20% (vol/vol) to evaluate suppression of pre-emergence damping-off of impatiens (Impatiens balsamina) caused by Rhizoctonia solani (anastomosis group-4). A cucumber bioassay was used prior to each impatiens experiment to monitor maturity of compost as the compost aged in a curing pile by evaluating disease suppression toward both Pythium ultimum and R. solani. At 16, 24, 32, and 37 weeks after composting, plug trays filled with compost-amended potting mix were seeded with impatiens and infested with R. solani to determine suppression of damping-off. Pre-emergence damping-off was lower for impatiens grown in potting mix amended with 20% CSW1 than in CSW2-amended and nonamended mixes. To identify relationships between disease suppression and microbial parameters, samples of mixes were collected to determine microbial activity, biomass carbon and nitrogen, functional diversity, and population density. Higher rates of microbial activity were observed with increasing rates of CSW1 amendment than with CSW2 amendments. Microbial biomass carbon and nitrogen also were higher in CSW1-amended mixes than in CSW2-amended potting mixes 1 day prior to seeding and 5 weeks after seeding. Principal component analysis of Biolog-GN2 profiles showed different functional diversities between CSW1- and CSW2-amended mixes. Furthermore, mixes amended with CSW1 had higher colony forming units of fungi, endospore-forming bacteria, and oligotrophic bacteria. Our results suggest that enhanced microbial activity, functional and population diversity of stable compost-amended mix were associated with suppressiveness to Rhizoctonia damping-off in impatiens.

We investigated the effects of water extracts of composts (CWE) from commercial compost facilities for controlling root and foliar infection of pepper plants by Phytophthora capsici. Among 47 CWE tested, CWE from composts Iljuk-3, Iljuk-7, Shinong-8, and Shinong-9 significantly (P < 0.05) inhibited zoospore germination, germ tube elongation, mycelial growth, and population of P. capsici. All selected CWE significantly (P < 0.05) reduced the disease incidence and severity in the seedling and plant assays compared with the controls. However, there were no significant differences in zoospore germination, disease incidence, and disease severity between treatments of untreated, autoclaved, and filtered CWE. In addition, CWE significantly (P < 0.05) suppressed leaf infection of P. capsici through induced systemic resistance (ISR) in plants root-drenched with CWE. The tested CWE enhanced the expression of the pathogenesis-related genes, CABPR1, CABGLU, CAChi2, CaPR-4, CAPO1, or CaPR-10 as well as β-1,3-glucanase, chitinase, and peroxidase activities, which resulted in enhanced plant defense against P. capsici in pepper plants. Moreover, the CWE enhanced the chemical and structural defenses of the plants, including H₂O₂ generation in the leaves and lignin accumulation in the stems. The CWE could also suppress other fungal pathogens (Colletotrichum coccodes in pepper leaves and C. orbiculare in cucumber leaves) through ISR; however, it failed to inhibit other bacterial pathogens (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria in pepper leaves and Pseudomonas syringae pv. lachrymans in cucumber leaves). These results suggest that a heat-stable chemical(s) in the CWE can suppress root and foliar infection by P. capsici in pepper plants. In addition, these suppressions might result from direct inhibition of development and population of P. capsici for root infection, as well as indirect inhibition of foliar infection through ISR with broad-spectrum protection.

Bệnh cháy là một căn bệnh phá hoại lúa mì. Để tăng tốc quá trình phát triển các giống lúa mì kháng bệnh cháy, các dấu hiệu phân tử liên kết với các gen kháng bệnh cháy đã được xác định bằng cách sử dụng các dòng lai phân tử tái tổ hợp (RILs) được tạo ra từ phương pháp hạt giống đơn bằng cách giao phối giữa giống lúa mì kháng Ning 7840 (kháng lại sự lây lan của bệnh cháy trong bông) và giống dễ bị tổn thương Clark. Trong nhà kính, các gia đình F₅, F₆, F₇, và F₁₀ đã được đánh giá khả năng kháng lại sự lây lan của bệnh cháy trong một bông bằng cách tiêm khoảng 1.000 bào tử của Fusarium graminearum vào một nhánh bông trung tâm. Các cây đã được nhiễm được giữ trong buồng ẩm trong 3 ngày để thúc đẩy nhiễm trùng ban đầu và sau đó được chuyển đến các kệ trong nhà kính. Các triệu chứng của bệnh cháy đã được đánh giá bốn lần (3, 9, 15, và 21 ngày sau khi nhiễm). Phân bố tần suất của độ nghiêm trọng của bệnh cháy cho thấy khả năng kháng lại sự lây lan của bệnh cháy trong một bông được kiểm soát bởi một vài gen chính. DNA đã được tách ra từ cả hai bố mẹ và cây F₉ của 133 RILs. Tổng cộng có 300 sự kết hợp của các dấu hiệu đa hình chiều dài đoạn khuếch đại (AFLP) đã được sàng lọc để tìm sự đa hình sử dụng phương pháp phân tích phân nhóm tích tụ. Hai mươi cặp primer đã tiết lộ ít nhất một dải đa hình giữa hai nhóm tương phản. Sự phân loại của mỗi dải này đã được đánh giá trong 133 RILs. Mười một dấu hiệu AFLP cho thấy sự liên kết đáng kể với khả năng kháng bệnh cháy, và một dấu hiệu cá thể đã giải thích lên tới 53% biến thiên tổng thể (R²). Các dấu hiệu có giá trị R² cao đã phân bổ đến một nhóm liên kết duy nhất. Qua phân tích khoảng cách, một locus tính trạng định lượng chính cho khả năng kháng bệnh cháy đã được xác định, giải thích lên đến 60% biến thiên di truyền cho khả năng kháng bệnh cháy. Một số dấu hiệu AFLP có thể hữu ích trong việc lai tạo hỗ trợ dấu hiệu nhằm cải thiện khả năng kháng bệnh cháy ở lúa mì.

Các bệnh thực vật do các loài Phytophthora gây ra sẽ tiếp tục là một mối đe dọa ngày càng tăng đối với nông nghiệp và các hệ sinh thái tự nhiên. Phytophthora có nghĩa là kẻ phá hoại thực vật, một cái tên được đặt ra vào thế kỷ 19 bởi Anton de Bary khi ông điều tra về bệnh khoai tây đã dẫn đến Cơn đói lớn ở Ireland. Phytophthora infestans, tác nhân gây ra bệnh thối muộn khoai tây, là loài đầu tiên trong một chi hiện tại có hơn 100 thành viên được công nhận. Trong thập kỷ vừa qua, số lượng các loài Phytophthora được công nhận đã gần như gấp đôi và các loài mới đang được bổ sung gần như hàng tháng. Ở đây, chúng tôi trình bày cái nhìn tổng quan về 10 nhánh hiện tại được phân biệt trong chi Phytophthora với sự chú ý đặc biệt đến các loài mới đã được mô tả kể từ năm 1996, khi Erwin và Ribeiro công bố cuốn tài liệu quý giá ‘Bệnh Phytophthora trên toàn cầu’ (35).

Ứng dụng axit salicylic kích thích kháng bệnh toàn thân ở thuốc lá. Các gen pchA và pchB, mã hóa cho quá trình tổng hợp axit salicylic trong Pseudomonas aeruginosa, đã được nhân bản vào hai vector biểu hiện, và các cấu trúc này đã được đưa vào hai chủng vi khuẩn thuộc P. fluorescens có khả năng ký sinh ở rễ. Việc đưa gen pchBA vào chủng P3, vốn không sản xuất axit salicylic, đã giúp chủng này có khả năng sản xuất axit salicylic in vitro và cải thiện đáng kể khả năng kích thích kháng toàn thân ở thuốc lá chống lại virus hoại tử thuốc lá. Chủng CHA0 là một tác nhân kiểm soát sinh học đã được mô tả rõ ràng, tự nhiên sản xuất axit salicylic trong điều kiện thiếu sắt. Việc đưa pchBA vào CHA0 đã tăng sản xuất axit salicylic in vitro và trong vùng rễ của cây thuốc lá, nhưng không cải thiện khả năng của CHA0 để kích thích kháng toàn thân ở thuốc lá. Ngoài ra, các gen này không cải thiện đáng kể khả năng của các chủng P3 và CHA0 để ngăn chặn bệnh thối rễ đen của thuốc lá trong một hệ thống gnotobiotic.

Trong những năm gần đây, virus thực vật đã được phát hiện từ nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cây trồng và cây hoang dã cũng như các giao diện giữa các hệ thống này - nguồn nước, phân của nhiều loài động vật và côn trùng. Đã có một loạt các phương pháp được sử dụng để nghiên cứu đa dạng sinh học virus thực vật, bao gồm việc làm giàu cho các hạt giống virus hoặc RNA hoặc DNA đặc hiệu cho virus, hoặc chiết xuất axit nucleic tổng hợp, tiếp theo là giải trình tự sâu thế hệ tiếp theo và phân tích sinh tin học. Tất cả các phương pháp này đều có một số hạn chế, nhưng tổng thể các nghiên cứu này đã tiết lộ sự thiếu hiểu biết đáng ngạc nhiên của chúng ta về virus thực vật và chỉ ra nhu cầu cần có những nghiên cứu toàn diện hơn. Thêm vào đó, nhiều virus mới đã được phát hiện, với phần lớn các nhiễm virus ở cây hoang dã xuất hiện không có triệu chứng, điều này gợi ý rằng bệnh virus có thể là sản phẩm phụ của quá trình thuần hoá. Đối với các chuyên gia bệnh lý thực vật, các nghiên cứu này đang cung cấp các công cụ hữu ích để phát hiện virus và có thể dự đoán những vấn đề tương lai có thể đe doạ đến cây trồng.