水稻橙葉病植原體在電光葉蟬體內(nèi)的侵染循回和增殖機制

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https://doi.org/10.1186/s42483-022-00140-2

中國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國和稻米消費國。水稻是我國第一大口糧作物、全國超65%人口的主食，其產(chǎn)量關(guān)乎國家糧食安全的命脈。水稻在其生長周期中可遭受多種病害侵染，造成產(chǎn)量損失。病害已成為水稻生產(chǎn)過程中重要的制約因素。

水稻橙葉病 (Rice orange leaf disease, ROLD) 是在水稻上爆發(fā)流行的一種植原體病害，其病原為水稻橙葉病植原體 (Rice orange leaf phytoplasma, ROLP)。該病害在20世紀60年代于泰國首次被發(fā)現(xiàn)，隨后在印度尼西亞、菲律賓、印度和馬來西亞等東南亞及南亞等國家均有相關(guān)報道。1978年，我國科學(xué)家首次在云南西雙版納地區(qū)發(fā)現(xiàn)ROLD。近年來，ROLD在我國華南水稻產(chǎn)區(qū)福建、廣東、廣西等省份爆發(fā)流行，并有愈演愈烈的趨勢。ROLP侵染水稻于分蘗期發(fā)病明顯，葉片逐漸黃化，從基部葉片的葉尖向中下部擴展，直至全部葉片變?yōu)轷r明的橙黃色，病部黃綠分界明顯。病株根系不發(fā)達，分蘗少或不分蘗，易干枯致死，不枯萎的植株則表現(xiàn)為抽穗晚、稻穗少且扭曲，空粒多、千粒重下降等現(xiàn)象，在生產(chǎn)和經(jīng)濟上造成巨大的損失。

植原體屬于韌皮部專性寄生病原物，難以體外培養(yǎng)，因此目前對水稻植原體病害相關(guān)研究進展緩慢。前期已有研究表明，ROLP通過電光葉蟬以持久增殖的方式進行傳播，介體昆蟲具有獲菌率高、傳菌時間長的特點，并能夠動態(tài)越冬、持續(xù)傳菌。切斷ROLP通過電光葉蟬傳播的途徑是防控病害的關(guān)鍵，但是ROLP在介體電光葉蟬體內(nèi)的侵染循回及增殖機制并不明確。

Phytopathology Research 今日在線發(fā)表了福建農(nóng)林大學(xué)媒介病毒研究中心題為“Detection and characterization of rice orange leaf phytoplasma infection in rice and Recilia dorsalis”的文章。該研究通過對ROLP外膜蛋白Imp的結(jié)構(gòu)分析，制備了能夠特異性檢測和標記ROLP菌體的抗體，并利用冷凍切片、免疫熒光和免疫電鏡等技術(shù)對該病原物在水稻和昆蟲細胞內(nèi)的分布和增殖機制進行了深入研究，從細胞水平上展示了ROLP是如何進入昆蟲體內(nèi)進行增殖和傳播到水稻的動態(tài)過程。該研究觀察到電光葉蟬取食帶菌水稻后，ROLP通過內(nèi)吞作用和胞吐機制穿過昆蟲體內(nèi)的多層組織屏障，最終到達Ⅳ型和Ⅴ型唾液腺形成系統(tǒng)侵染，再次取食后ROLP隨唾液進入寄主植物維管束細胞內(nèi)完成整個侵染循回。同時，該研究發(fā)現(xiàn)在水稻和電光葉蟬細胞內(nèi)，ROLP以一種獨特的不對稱出芽的方式進行增殖。在增殖初期，自ROLP母細胞頂端外膜表面局部形成一個電子致密的突起，即芽細胞。隨著芽細胞的膨大，其外膜與母細胞外膜連接處向內(nèi)凹陷，最終與母細胞脫離形成成熟的子細胞開啟新一輪增殖。該研究系統(tǒng)地描述了ROLP通過介體電光葉蟬持久傳播和增殖的機制，為水稻橙葉病的預(yù)警和有效防控奠定基礎(chǔ)。

Fig. 1 Infection route of ROLPs in the internal organs or tissues of its leafhopper vector R. dorsalis

Fig. 2 The multiplication of ROLPs in R. dorsalis cell

福建農(nóng)林大學(xué)媒介病毒研究中心蟲媒傳播作物病害機制及生態(tài)防控團隊張曉峰副教授為文章第一作者，研究生季貞希和黃哲珺為共同第一作者，魏太云研究員為文章的通訊作者。本研究得到了國家自然基金面上項目(31871931)、國家自然基金重點國際（地區(qū)）合作項目(31920103014)和福建農(nóng)林大學(xué)創(chuàng)新項目(CXZX2020023A)的資助。

福建農(nóng)林大學(xué)媒介病毒研究中心蟲媒傳播作物病害機制及生態(tài)防控團隊致力于昆蟲–植物–病原物相互作用機理研究和蟲傳病害生態(tài)防控技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，旨在水稻病毒、植原體、柑橘黃龍病等媒介傳播病害研究領(lǐng)域開展基礎(chǔ)性、前瞻性、多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新性研究。

Cite this article:

Zhang, X., Ji, Z., Huang, Z. et al. Detection and characterization of rice orange leaf phytoplasma infection in rice and Recilia dorsalis. Phytopathol Res. 2022; 4: 34. https://doi.org/10.1186/s42483-022-00140-2

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