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南农前沿 | 近期科研成果扫描

原标题:南农前沿 | 近期科研成果扫描  来源:南京农业大学  沈其荣教授团队在生物有机肥调控土壤微生物区系防控土传病害方面取得重要进展  洪晓月教授团队在应用共生菌防控稻飞虱机理上取得重要突破  曾晓雄教授团队在枸杞活性研究中取得新进展  毛胜勇教授团队在反刍动物营养与瘤胃稳态间的关系研究方面取得重要进展  钱国良教授研究组揭示“无毛”生防细菌适应发展历程  资环学院沈其荣教授团队在生物有机肥调控土壤微生物区系防控土传病害方面取得重要进展  当地时间9月22日,南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣教授团队在利用生物有机肥调控土壤菌群、防控植物土传枯萎病机理研究方面取得重要进展,成果以“Bio-organic fertilizers stimulate indigenous soil Pseudomonaspopulations to enhance plant disease suppression”为题发表在Microbiome(IF5y=12.160)上。该成果揭示了生物有机肥携带的“将军型”功能微生物不仅可以独自抑制病原真菌,降低其生存能力;同时还能够重塑根际土壤细菌群落,激发土著有益菌群,并与其协同增强抑病能力

  原标题:南农前沿 | 近期科研成果扫描

  来源:南京农业大学

  沈其荣教授团队在生物有机肥调控土壤微生物区系防控土传病害方面取得重要进展

  洪晓月教授团队在应用共生菌防控稻飞虱机理上取得重要突破

  曾晓雄教授团队在枸杞活性研究中取得新进展

  毛胜勇教授团队在反刍动物营养与瘤胃稳态间的关系研究方面取得重要进展

  钱国良教授研究组揭示“无毛”生防细菌适应发展历程

  资环学院沈其荣教授团队在生物有机肥调控土壤微生物区系防控土传病害方面取得重要进展

  当地时间9月22日,南京农业大学资源与环境科学学院沈其荣教授团队在利用生物有机肥调控土壤菌群、防控植物土传枯萎病机理研究方面取得重要进展,成果以“Bio-organic fertilizers stimulate indigenous soil Pseudomonaspopulations to enhance plant disease suppression”为题发表在Microbiome(IF5y=12.160)上。该成果揭示了生物有机肥携带的“将军型”功能微生物不仅可以独自抑制病原真菌,降低其生存能力;同时还能够重塑根际土壤细菌群落,激发土著有益菌群,并与其协同增强抑病能力。

  近年来,集约化农业发展中的不合理措施,如化肥农药的过度投入、经济作物的单一连作等,导致经济作物土壤微生物群落结构严重失衡,生态功能急剧下降,土传病害频发。该团队前期研究发现,通过连续施用生物有机肥能够改变土壤微生物群落,防控土传病害,但生物有机肥激发土壤抑病能力的生态学机制依然不明。该研究通过联合高通量测序、可培养微生物组、关键微生物回接和群落互作试验等研究发现,土壤抑病能力的增强与施用生物有机肥对土著微生物群落的重塑有关,其中,土著有益假单胞菌种群的增加显著强化了土壤抑病能力。进一步研究发现,引入的芽孢杆菌与土著假单胞菌种群的互作关系与抑病能力存在潜在联系,即,“将军型”芽孢杆菌与特定的益生假单胞菌种群能够协同增强多物种的根系定殖,最终成为一种能够有效抵御病原菌侵染植物的益生“菌团”。

  本研究证实了生物有机肥在有效抑制病害发生方面的潜在微生物生态学机制,为如何通过具体管理措施诱导土壤抑病能力提供了理论基础,为将来更有效的应用生防菌剂促进农业可持续发展开辟了新的机会,也为含有多功能生防菌群生物有机肥的研制,以及更有效的生防菌株的筛选提供了借鉴意义。

  我校资源与环境科学学院陶成圆博士和李荣教授为共同第一作者,沈其荣教授为通讯作者。荷兰乌特勒支大学George A. Kowalchuk教授、荷兰瓦赫宁根大学Stefan Geisen博士,南京农业大学土壤微生物与有机肥团队的熊武博士、沈宗专副教授、刘珊珊博士生,以及海南大学阮云泽教授和王蓓蓓博士对本研究均有贡献。该研究同时得到国家重点研发计划和国家重点基础研究发展计划(973计划)等项目的资助。

  

  一箭双雕: 植物保护学院洪晓月教授团队在应用共生菌防控稻飞虱机理上取得重要突破

  10月8日,生物学领域国际权威期刊《Current Biology》在线发表了我校植物保护学院昆虫学系洪晓月教授课题组的题为“Stable introduction of plant virus-inhibiting Wolbachia into planthoppers for rice protection”长文研究论文(article),研究成果为农业害虫的防治找到一个新途径和指明一个新方向。

  褐飞虱是亚洲许多国家尤其是中国和东南亚国家当前水稻上的首要害虫,它常年在我国长江流域及其以南地区频繁暴发,既能直接刺吸为害水稻植株,虫量大受害重时引起植株倒伏(俗称冒穿),又能传播水稻病毒病造成间接危害,严重影响农业生产和农民增收。稻飞虱的防控一直主要依赖于化学防治,给水稻绿色安全生产和生态环境带来较大的压力。近年来,基于最广泛感染昆虫纲的内共生菌Wolbachia(沃尔巴克氏体)的昆虫防治技术在以蚊媒为代表的卫生害虫防治领域取得巨大进展,通过规模化地释放人工感染Wolbachia的蚊株,不仅可以实现区域性野生蚊媒种群的长期有效的压制,同时还可以通过种群替换阻断蚊媒所传热带疾病的传播,大大降低蚊媒疾病的暴发概率。而在农业害虫领域中,尚未有具有应用潜力的Wolbachia人工转染昆虫品系被开发出来。

  本研究首次报道了具有应用潜力的稳定携带人工转染的Wolbachia农业昆虫品系的成功建立。通过昆虫胚胎显微注射技术,成功地将灰飞虱感染的wStri Wolbachia株系转入到新宿主褐飞虱体内并得到100%稳定的遗传品系。同时,该昆虫品系的成功建立也是第一次成功实现胚胎显微注射的方式在半翅目昆虫中的Wolbachia转染。新建立的褐飞虱wStri转染品系在对宿主适合度影响轻微的情况下不仅能够诱导高强度的细胞质不亲和(cytoplasmic incompatibility)表型,并以不同的释放比例替换实验室饲养的野生种群,同时也能起到显著抑制褐飞虱所传播的水稻齿叶矮缩病毒(RRSV)复制和传播的效果。因此,该褐飞虱转染品系同时表现出符合种群压制和种群替换策略所需要的特性,具备了进一步在半现场和田间试验的价值。该研究为利用人工Wolbachia感染控制农作物害虫及其传播病原体的可行性,为农业害虫的防治提供了崭新的思路。

  该论文以南京农业大学为第一完成单位,昆虫学系博士研究生龚君淘为第一作者,洪晓月教授为第一通讯作者和主要联系人(lead contact)。广州威佰昆生物科技有限公司李永军博士为共同第一作者,澳大利亚墨尔本大学Ary Hoffmann教授和美国密歇根州立大学奚志勇教授为共同通讯作者。南京农业大学昆虫分子生态实验室李同浦、周春迎、张旭、查思思和段星至等研究生、广州威佰昆生物科技有限公司梁永康、杨翠以及中山大学中山医学院胡林超博士和张东京博士参与部分工作。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

  

  食品科技学院曾晓雄教授团队在枸杞活性研究中取得新进展

  近日,我校食品科技学院曾晓雄教授团队对小鼠结肠中AA-2βG免疫调节活性的研究取得突破,为AA-2βG以及枸杞的药理作用和生物活性提供了新的理论支持,该成果以封面论文的形式发表在农林科学SCI一区Top期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》。

  本研究采用环磷酰胺(Cy)诱导免疫抑制小鼠模型对AA-2βG的免疫调节作用及其潜在机制进行研究,研究发现AA-2βG可以显著改善Cy引起的机体基本免疫指标变化;同时AA-2βG可以调节小鼠小肠和结肠菌群的结构和组成,显著逆转Cy造成的Proteobacteria、Muribaculaceae等微生物相对丰度的改变。

  近年来越来越多的文献报道肠道是一个强大而独立的免疫系统,其中肠道菌群的组成和结构与人体健康关系十分密切,并且饮食干预可以显著影响肠道菌群的组成和功能。枸杞作为药食同源食物富含多种营养和生物活性物质,具有抗氧化、抗炎症、降血糖等多种生物活性。2-O-β-D-葡萄糖基-L-抗坏血酸(AA-2βG)是一种近年来从枸杞中分离出的天然且稳定的抗坏血酸衍生物,该团队前期研究发现AA-2βG可以缓解葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎,并显著改善结肠炎模型小鼠的肠道菌群结构;此外,该团队还进一步对长期摄入AA-2βG对正常小鼠肠道菌群的调节进行了探究。

  该论文第一作者为食品科技学院2020届本科生黄凯寅,通讯作者为食品科技学院曾晓雄教授和国家枸杞工程中心曹有龙研究员,南京农业大学为第一署名单位。研究工作得到宁夏回族自治区重点科研开发项目、江苏高校优势学科建设工程项目、南京农业大学本科生科研训练(SRT)项目的资助。

  

  动物科技学院毛胜勇教授团队在反刍动物营养与瘤胃稳态间的关系研究方面取得重要进展

  近期,动物科技学院消化道微生物实验室毛胜勇教授团队在低营养扰动瘤胃微生物与宿主的稳态研究方面取得重要进展,该成果揭示了营养不良可改变瘤胃微生物功能组,从而降低其能量储留,该条件下,瘤胃上皮会进行代偿补给,促进葡萄糖和脂肪酸分解代谢,提高能量供应,但最终由于代偿不及,瘤胃上皮细胞的增殖被抑制,瘤胃上皮乳头缩小,营养物质的吸收受阻。成果以“Disruption of ruminal homeostasis by malnutrition involved in systemic ruminal microbiota-host interactions in a pregnant sheep model”为题发表在微生物领域国际权威期刊《微生物组》Microbiome上。

  在反刍动物集约化养殖中,由于经济状况、饲料供应的季节性波动或人为因素,都会导致动物发生营养不良,即使在饲料供应充足稳定的情况下,特定生理时期营养需求和摄入量的变化也会导致营养状况相对失衡。毛胜勇教授团队以妊娠母羊为模型,采用限饲手段构建营养不良状态,通过联合表型组学、高通量测序和验证试验等研究发现:限饲降低了瘤胃挥发性脂肪酸和微生物蛋白的水平,抑制了瘤胃上皮乳头的长度,宽度和表面积;限饲降低了参与糖酵解和丙酸生成的微生物丰度,下调了涉及氨基酸代谢、乙酸生成和丙酸生成(琥珀酸途径)的功能组基因,上调产甲烷途径和丙烯酸途径(丙酸合成的低能量途径)有关的基因;能量供给和蛋白质前体物的不足降低了瘤胃上皮细胞外基质受体的相互作用,限制JAK3-STAT2信号通路的激活,从而抑制了瘤胃上皮细胞增殖。

  本研究系统阐明了营养不良条件下瘤胃稳态破坏的具体过程,研究结果为深入了解营养-消化道微生物-宿主三者间的内在联系提供了新见解,结果将有助于研发针对反刍动物妊娠后期能量短缺的营养调控策略。

  我校动物科技学院研究生薛艳锋、林丽梅和胡帆为共同第一作者,毛胜勇教授为通讯作者。

  

  植物保护学院钱国良教授研究组揭示“无毛”生防细菌适应发展历程

  绝大多数细菌的表面具有鞭毛,可看作“有毛”细菌。借助鞭毛运动,“有毛”细菌可以接近对其生存有利而远离有害环境,以便能够更好的生存。

  产酶溶杆菌OH11分离于辣椒根际土壤,是一种无鞭毛细菌,称为“无毛”生防细菌。OH11在自然生境中主要依靠捕食病原真菌来获取生存所需的营养。那么“无毛”的OH11是如何“运动”并接近病原菌的?又是通过合成何种 “武器”来攻击它们,获得生存适应优势的?南农大钱国良教授领衔的溶杆菌研究组以OH11为研究对象,通过十多年的持续探索,近期取得了一系列重要进展,解析了“无毛“生防细菌OH11在适应发展历程,研究成果在PLoS Pathoges和Environmental Microbiology等国际重要学术刊物上发表。主要创新点包括:“无毛”OH11在细胞表面可以合成一种比鞭毛更细小的“毛”,称为四型菌毛。依赖这种四型菌毛的伸缩,OH11可以在土壤中运动并寻找到病原菌的存在。

  钱国良研究组前期已经发现OH11能合成并外泌一种扩散性毒素,称为HSAF(可比作“长距离”武器,类似“子弹”)来抑制病原真菌的生长。同时他们也发现病原菌的存在能刺激OH11外泌更多的HSAF,表明在捕食病原菌的过程中,OH11感知并定位病原菌的位置,这种感知系统称为趋化性系统。在“有毛”细菌中,感知病原菌或环境信号后,需要依靠鞭毛的运动做出反应 –接近或逃离。那么作为“无毛”的生防细菌,OH11的趋化系统是如何工作的?钱国良研究组发现丢失鞭毛后,OH11启动细胞内的“分子重编程技术”,让一种称为Wsp的趋化性系统不在通过鞭毛运动来发挥作用,而是通过OH11细胞内一种核酸类化学信号(c-di-GMP)依赖的信号途径来增强“长距离”武器HSAF的外泌,提升其捕食真菌的能力。

图2 (Xu et al., 2020, Environmental Microbiology)图2 (Xu et al., 2020, Environmental Microbiology)图2 (Xu et al., 2020, Environmental Microbiology)

  OH11还能形成“短武器” ,它们不能扩散,只能在接触病原菌时发挥作用,类似“匕首”。其中一种OH11合成的“短武器”称为六型分泌系统。我们试图想象如果OH11同时使用“长武器”和“短武器”的话,那么对它来说会造成巨大的能量消耗,因此OH11必须做出选择 ——什么时候使用什么类型的武器来攻击病原菌。钱国良研究组发现,在“长武器”HSAF合成的情况下, “短武器”不再启动,这就避免了能量的过度消耗。有趣的是,在“短武器”不启动的情况下,OH11会设计“短武器”的一个重要组件,称为内管蛋白Hcp来与“长武器”合成的关键调控因子Clp蛋白发生相互作用,保护Clp免受核酸类化学信号c-di-GMP的攻击(结合),从而增强HSAF外泌,实现生防细菌中“长短武器”的协同工作。

图3 (Yang et al., 2020, PLoS Pathogens)图3 (Yang et al., 2020, PLoS Pathogens)图3 (Yang et al., 2020, PLoS Pathogens)

  上述研究工作揭示了“无毛”生防细菌OH11在自然生态位的适应发展历程,也阐明了OH11多层次的生防机制,为后续通过发酵优化和遗传改良提升OH11合成这些“武器”的能力,增强其捕食病原菌的效率,更好地防治作物真菌病害提供了理论依据和技术支撑。据悉,钱国良教授研究组长期从事生防溶杆菌的基础与应用研究,先后主持国家自然科学基金4项,近5年在Nucleic Acids Research, PLoS Pathogens, Environmental Microbiology, Molecular Microbiology等期刊上发表SCI论文12篇。钱国良教授先后入选江苏省杰出青年基金获得者(2019年);中国植物病理学会的青年植物病理学家(2019年)和南京农业大学“钟山学者”(2019年)。

  来源丨南京农业大学新闻网

  微信编辑丨全媒体中心 丁宁

  责任编辑|郭嘉宁

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  校对|胡晓璐

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