短鎖N-アシルホモセリンラクトン媒介のクォーラムセンシングと移植病のリンク。のケーススタディ

Linking Short-Chain N-Acyl Homoserine Lactone-Mediated Quorum Sensing and Replant Disease: A Case Study of .

• Qian Li
• Yanhong Wu
• Juanying Wang
• Bo Yang
• Jun Chen
• Hongmiao Wu
• Zhongyi Zhang
• Cuihong Lu
• Wenxiong Lin
• Linkun Wu

抄録

多年草の薬用植物である「タニシ」は、連続したモノカルチャーの下で深刻な植え替え病に悩まされています。根圏微生物群は、土壌の病害抑制や植物の健康維持に不可欠である。さらに、N-アシルホモセリンラクトン（AHL）を介したクォーラムセンシング（QS）は、根圏棲息菌や植物病原菌の多様な行動を制御している。本研究では、連続的なモノカルチャーによって駆動される短鎖 AHL 介在性 QS 細菌の動態と、その植え替え病害との関係を明らかにした。QS菌のスクリーニングの結果，新規に植え付けた土壌から無作為に抽出した200株中65株（32.5％）がQS菌として検出され，主にspp.一方、病害再植土壌からは、200株中34株（17％）が腸内細菌科を中心としたQS菌（73.5％）として検出された。機能解析の結果，同属に属するQS菌の多くは，根腐病の主な原因菌である腸内細菌や根腐病菌に対して強い拮抗活性を示した。しかし，根腐れ病の原因菌であるQS菌は，根腐れ病の組織培養苗に重度の萎凋病を発生させた。さらに、有益なＳＺ５０のＱＳ系を混乱させる可能性のあるＱＱＱ（quorum quenching）細菌の集団は、新たに植え付けられた土壌よりも、植え替えられた土壌の方が有意に高いことがわかった。植え替え土壌中のこれらのQQバクテリアのほとんどは、sppとして検出された。 特定のQQバクテリアの増殖は、根圏に見られるのと同様の比率でフェノール酸混合物によって促進される可能性があり、また、これらのQQバクテリアの増殖は、根圏に見られるのと同様の比率でフェノール酸混合物によって促進される可能性があった。さらに、これらの定足数クエンチングバクテリアは、根の組織培養苗に対して強い病原性を示した。 結論として、連続的なモノカルチャーは、根圏における有益な短鎖AHL介在性QSバクテリアと有害な短鎖AHL介在性QSバクテリアの間のアンバランスに寄与し、それは特異的な根の滲出液だけでなく、QQバクテリア群集によっても媒介された。

, a perennial medicinal plant, suffers from severe replant disease under consecutive monoculture. The rhizosphere microbiome is vital for soil suppressiveness to diseases and for plant health. Moreover, N-acyl homoserine lactone (AHL)-mediated quorum sensing (QS) regulates diverse behavior in rhizosphere-inhabiting and plant pathogenic bacteria. The dynamics of short-chain AHL-mediated QS bacteria driven by consecutive monoculture and its relationships with replant disease were explored in this study. The screening of QS bacteria showed that 65 out of 200 strains (32.5%) randomly selected from newly planted soil of were detected as QS bacteria, mainly consisting of spp. (55.4%). By contrast, 34 out of 200 (17%) strains from the diseased replant soil were detected as QS bacteria, mainly consisting of Enterobacteriaceae (73.5%). Functional analysis showed most of the QS bacteria belonging to the genus showed strong antagonistic activities against or , two main causal agents of root rot disease. However, the QS strains dominant in the replant soil caused severe wilt disease in the tissue culture seedlings of . Microbial growth assays demonstrated a concentration-dependent inhibitory effect on the growth of beneficial QS bacteria (i.e., ) by a phenolic acid mixture identified in the root exudates of , but the opposite was true for harmful QS bacteria (i.e., spp.). Furthermore, it was found that the population of quorum quenching (QQ) bacteria that could disrupt the beneficial SZ50 QS system was significantly higher in the replant soil than in the newly planted soil. Most of these QQ bacteria in the replant soil were detected as spp. The growth of specific QQ bacteria could be promoted by a phenolic acid mixture at a ratio similar to that found in the rhizosphere. Moreover, these quorum-quenching bacteria showed strong pathogenicity toward the tissue culture seedlings of In conclusion, consecutive monoculture of contributed to the imbalance between beneficial and harmful short-chain AHL-mediated QS bacteria in the rhizosphere, which was mediated not only by specific root exudates but also by the QQ bacterial community.

Copyright © 2020 Li, Wu, Wang, Yang, Chen, Wu, Zhang, Lu, Lin and Wu.