植物邻居可以促使或者是阻断根部真菌的病害传播

文献信息

Ampt E A, van Ruijven J, Zwart M P, et al. Plant neighbours can make or break the disease transmission chain of a fungal root pathogen[J]. New Phytologist, 2022, 233(3): 1303-1316.

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Summary

生物多样性可以减缓或者是加剧病害传播。这种不同的效应说明决定病害传播的因素是群落组成，而不是多样性。在自然的植物群落中，关于邻居植物品种在地下病害传播中的功能还知之甚少。
该研究探究了两种focal植株和4中neighbor植株的两个生长阶段中根部病原菌立枯丝核菌Rhizoctonia solani的病害传播情况。该研究建立了一个随机模型来评估两种传播-修正机制的相对重要性：
- 受侵染的寄主作为营养源促进菌丝生长，此时成功的病害传播是自我增强的；
- 植物抗性随着植物生长发育逐渐增强。
邻居植物要么减少要么增加focal植株的病害传播。这种效应取决于neighbor植株的生长阶段，但是不能用简单的二分法来进行解释，也就是不能简单的解释为neighbor植株是否是立枯丝核菌病的寄主来进行解释。
模型选择发现上述的两种传播-修正机制是相关的，而且focal植株-neighbor植株的互作发生了改变，正是这种机制控制了病害的传播速率。
该研究表明neighbor诱导的这些机制在根际网络中的变化能够增强或者是破坏病害传播链。在理解多样性是如何影响病害传播时需要考虑到focal植株是如何与neighbor植株或者是病原菌进行互作的。

研究背景

植物多样性和产量的正相关关系的一个解释是地下资源互补理论。
多样性系统更高产的一个原因在于引发根部病害的病原菌在多样性系统中被稀释了。
尽管多样性系统中病原菌稀释是常态，但是也有研究发现在多样性系统中病原菌不但没有被稀释，反而扩增了。
部分植株在受到病原菌侵染后可能不会有病斑出现，但是它们的根系却可以作为桥梁让病原菌传播到另外一株对病原菌敏感的植株上。在这种情况下，这些植株就将增加病原菌在群落中的传播。
在植株病害研究中常常被认为是中性的无害的非寄主植株也能影响病害传播，比如通过根系释放抗菌物质、吸引病原菌的拮抗物质（如有益微生物等）。
立枯丝核菌病等许多根部真菌主要依靠菌丝的生长从受侵染的植株传播到另外的植株上，这种情况在大规模单一生产的农业生态系统中最常见，总是可以看到具有代表性的病斑。
侵染导致的菌丝在植物间的生长通常被称为再侵染，初侵染就是某个植株被土壤中的病原菌侵染的过程。被侵染的植株可以作为营养源供菌丝生长，从而进一步促进菌丝的生长和侵染。因此，每次成功的再侵染都可能增加病原菌更快发现并侵染下一个植株的可能性。

影响病原菌传播的另外一个机制是寄主植物的敏感性，这种敏感性通常和植物的生长阶段相关。如果植物对病原菌的抗性随着其生长发育阶段而逐渐增加，那么这种情况下抗性的增强可能会超过病原菌的生长，从而限制病原菌的传播。

在该研究中，作者主要探究了以下几个方面：
- 不同的neighbor植株能否分别影响病原菌在两种寄主中的传播？
- neighbor植株是否会影响传播-校正机制的作用？

材料与方法

研究材料

立枯丝核菌病AG4-HGI
四种多年生草本植物，这些寄主在之前的研究中被发现具有寄主特异性且根际对病原菌具有稀释效应。
- Leucanthemum vulgare：法国菊
- Plantago lanceolata：长叶车前
- Anthoxanthum odoratum：黄花茅
- Festuca rubra：紫羊茅
其中法国菊和长叶车前作为focal plant；与此同时，四种植物都作为neighbor plant.
neighbor plant的两个生长阶段分别是：
- 和focal plant一样大的幼苗；
- 比focal plant先生长10天的苗。