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发现化学线索可能导致解决可可的黑豆腐烂之谜

宾夕法尼亚州立大学的研究人员进行了一项新的研究,结果表明,在一种抗病的可可菌株的叶子中发现相对较高水平的抗微生物化合物氯丁酰胺对培育可以耐受黑荚腐烂的树木具有重要意义。

研究人员马克·吉尔蒂南(Mark Guiltinan),园艺植物学教授J.富兰克林·斯特尔(J. Franklin Styer)和农业科学学院植物分子生物学教授指出,这一发现意义重大,因为这种真菌病在世界各地种植可可的地区都是一个严重的问题。由真菌疫霉菌引起的黑荚腐烂导致荚果损失高达30%,每年杀死多达10%的树木。

“这是氯氯酰胺首次涉及可可对病原体的抗性,我们用来测量叶片中化合物的创新方法可能对寻求开发高产,抗病的可可品种产生重大影响,吉尔蒂南说。“但是这些结果也可能对其他植物物种的抗病性产生影响。”

在这项研究中,发现可可树种的叶子被称为“ Scavina 6”,这种树可耐受引起黑荚腐烂的真菌,并累积了显着更高水平的氯丁酰胺和其他几种代谢物,这些代谢物参与了对压力的反应,与易感的可可菌株“帝国大学精选1”相比。克洛维酰胺是Scavina 6叶片提取物中最丰富的化合物,其浓度比帝国大学精选1高58倍。

研究人员通过在宾夕法尼亚州立大学代谢组学研究所(属于哈克生命科学研究所的一部分)使用液相色谱和串联质谱法比较了两种可可菌株中数百种专门代谢产物的丰度,发现了氯丁酰胺积累的巨大差异。

吉尔提南说:“这些结果表明氯丁酰胺可能是导致抗病性的潜在因素,实验室测试支持了这种预感。”

实验室测定表明,该化合物抑制了疫霉属中三种可可病原体的生长。同样,在另一项实验中,氯丁酰胺抑制已知分解植物细胞壁的蛋白酶和果胶酶的活性。研究人员说,基于这些证据,氯吡酰胺可能会阻止病原体破坏细胞壁同时杀死和消化植物组织的能力。

这项研究的结果于今天(12月23日)在《植物科学前沿》上发表,有望加强植物育种工作,以开发可抵抗黑荚果腐烂发作的高产可可品种。他是宾夕法尼亚州立大学植物科学的博士后学者,他说,研究人员用来测量叶片中氯维酰胺水平的方法可以大大简化和浓缩育种过程。

他说:“ Scavina 6菌株已经在可可育种计划中被用作亲本,但是尚不清楚为什么它对黑荚腐病具有抗性,这使抗性育种变得困难,”他说。“例如,育种者将Scavina 6与高产品种杂交,得到一堆种子或后代,这些种子或后代可能继承或不继承抗病性。评估这种新一代树木的抗病性需要多年的生长和实地试验中的测量,这需要土地,劳动力和金钱。”

诺伦贝格指出,如果育种者能够在树木只是温室中的幼苗时筛选出叶子中氯维酰胺的含量,那么他们就可以在将幼苗移植到田野之前消除缺乏特质的树木。这将增加获得抗病品种的机会,并减少可可育种所需的资源。

他说:“这本质上是'标记辅助选择',通常使用基于DNA序列的标记,但在这种情况下,它涉及化学性状或'代谢标记'。”

研究人员希望,使用氯丁酰胺作为抗药性标记成为可可育种计划中的有用工具,这将特别受到欢迎,因为许多可可树的杂交是在没有足够资金的育种计划的国家进行的。

诺伦贝格说:“我们认为这将加快育种速度,提高育种效率,从而使育种者能够更快地开发抗性品种。” “例如,他们不用种植1,000棵树来评估抗药性,而是能够测量叶子组织中氯吡胺的相对丰度,而只能种植100棵最高氯乙烯酰胺树。”

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