Plant-endophyte interactions: potentials and challenges

Transkript

1 Plant-endophyte interactions: potentials and challenges Plant-endophyte interactions: potentials and challenges of this complex biological system and its use in a sustainable agriculture. Associate Professor Simona Radutoiu Aarhus University, Department of Molecular Biology and Genetics sir@mb.au.dk! " # $ % & '! ( ) * " # $ % +, , /, 0 ' + ) " # $ " & ) * " # $ " + 8. / / 6 " # $ # + / / 6 " # $ # + 1 /, ( /, " # $ $ + 9 ) 9 ( 9 6 ) " # # : & ' ;, " # # < + ). * 252

2 = 0 / 1 /, ( /, " # $ $ + + >, * " # $ $ + ' A B C 4 D 3 E A,.. =. > F G 3 E A H 4 I G J B E A >, F G 3 E A - K L ', " # $ " + K, M. N * O " # $ $ & ; " # # < +, /, >. References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

3 TEMA: BIOLOGI Endophyter - en hjælp til planten Samspil mellem planter og endofytter: potentiale og udfordringer ved dette komplekse biologiske system og dets anvendelse i et bæredygtigt landbrug. Associate Professor Simona Radutoiu Aarhus University, Institut for Molekylærbiologi og Genetik sir@mb.au.dk ), T,, U T,,, U!, U T V, V U V, U,,, V! " # $ % & '! ( ) * " # $ % + *,,, V,, +,, V T - T, T U,,, U T, W,, T, T, V ),, V, T V V U U,!, U, V, * V, T,, V,, V, V, T, U,,, T, U M, U U +, V, ) " # $ " & ) * " # $ " + T ;,,,,,, T U / / 6 " # $ # + V, T + / / 6 " # $ # + ), V T T,, T 1 /, ( /, " # $ $ + U V,, ) 9 ( 9 6 ) " # # : & ' ;, " # # < + V, W,, 254

4 ,, T M V,, U T T L, T, ; V, U,,,,, / T,, 1 /, ( /, " # $ $ + + M V, V, T V * " # $ $ +, U, T U,,, A B C 4 D 3 E A,,, U, T T U,, ) T T U, U,, T,, T, X, V V,, T,, X T,,,, V T F G 3 E A H 4 I G B E A X T,, V F G 3 E A -,,,,, T L ', " # $ " + V,,, T V,, T M T,, U,, T T,,, N * O " # $ $ & ; " # # < + ),, T T V U T U, U U,, U /, T, V T! T, U,, T ',,,,,, Litteratur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

5 Mykorrhizas betydning for planters sundhed Plantegavnlige mikroorganismer som AM-svampe spiller en central rolle i planteproduktionen. En mere indgående viden om AM-svampes funktion i forhold til plantesundhed kan hjælpe til at udnytte AM-svampe som en naturlig økosystemservice. Lektor Sabine Ravnskov Aarhus Universitet Institut for Agroøkologi sabine.ravnskov@agrsci.dk ',, U T, V,, ; V, V U,, T V, ',,. 8, T ',. 8 ' +, V, T T,, U, 8 ', T T, AM-symbiose * U < # Y + U, V, V 8 ' +,, V 8 ' U * " # $ $ + 8 ',,,, T -,, T T 8 ' * " # $ $ + 8 ', U,, * " # $ $ +, U V 8 ' Fakta Det mikrobielle samfund i rhizosfæren spiller en central rolle i planters vækst og sundhed ved enten direkte at påvirke planternes optagelse af næringsstoffer eller ved at forårsage/forhindre sygdomme eller indirekte via mikrobielle vekselvirkninger i rhizosfæren. Størstedelen (ca. 80%) af de afgrøder, der dyrkes på marken, danner på naturlig måde en symbiose med Arbuskulære Mykorrhizasvampe (AM-svampe); forholdet mellem rodpatogener og størstedelen af de planter, der vokser under markforhold, er således en vekselvirkning mellem AM og patogener. AM-symbiosen er funktionelt blevet karakteriseret som den gensidige udveksling af næringsstoffer mellem symbionterne: svampen er obligat biotrof, mens planten modtager uorganiske næringsstoffer fra AM-svampene. Imidlertid er det også påvist, at AM-svampene kan øge planternes modstandsdygtighed over for en række jordbårne patogener, men de tilgrundliggende mekanismer er uafklarede. Både direkte konkurrence om næringsstoffer/plads eller antibiose er blevet foreslået, ligesom indirekte konkurrence fra AM-svampe, ændringer i plantens rodstruktur, rodeksudation, næringsstofoptagelse og vækst såvel som AM-svampenes aktivering af plantens eget forsvar er blevet undersøgt. Desuden er det påvist, at der er en speciel bakteriel population, der er knyttet til AM-strukturer, og nogle af disse bakterier har vist sig at kunne regulere/bekæmpe rodpatogener. Dette fremkalder et spørgsmål om, hvorvidt det er AM-svampe eller de dertil knyttede bakterier, der bekæmper patogenerne. Hidtil har man vekselvirkningerne mellem dem kan være svaret. Det er imidlertid en kendsgerning, at AM-svampene er en naturlig økosystemservice, der har en afgørende gavnlig betydning for planteproduktion. 256

6 , U V > " # # R + AM-svampe øger plantens modstandsdygtighed over for jordbårne patogener (antagonisme) 8 ', T +, Z [ 3 E \ Z C [ 3 J G I C 3 C G ] 4 ^ I C 4 D G \ [ B 2 A, U " # # R & N " # # < & " # # S & " # $ " + V, 8 ' U T _ " # $ " + N " # # < + V, 8 ' ` 5 G \ E A \ G A A T,, Z [ 3 E \ E 5 \ E \, U U +, + 8 ',, Mekanismer for AMs antagonistiske potentiale over for oomyceter ),, 8 ', T V, V,,, 8 ' ^ I C 4 D G \ [ B 2 A 2 E 3 C B C E A " # # R + Z [ J 3 E \ E 5 \ E \ " # # % +, ) 8 ', V U U,, Figur 1. Figurerne viser AM-svampe i forhold til forekomst af sygdom i ærterødder dyrket i metode; nederste med mikroskop). V V N " # # < +,, 8 ', U Z 7 E 5 \ E \ T,, U 8 ', T,,, 8 ',,! V,, 8 ' U,,, U,,,. U ' O " # # " + 8 ',, 8 ', V " # # S +, 8 ', Z 4 2 J a E A, + Z 7 4 I C 4 b 2 ] \ 4 3 E \, U V +,, T, 8 ', T V, T 8 ',, Konklusion ;, 8 ',! V 8 ',, T 8 ' U, 257

7 Foto 1. Majsrod med AM svamp (intern mycelium, vesikler og arbuskler). Foto 2. Majsrodceller med arbuskler. Litteratur N * N L W 8 * ' 8 O (, * " # # < ; * % # " - % % R % 6 9, * ( 9, " # # % O % < - $ R P $ P R 6 9 O 9 N 9 (, * " # $ "! 9 ; ; $ % % - % : $ % : Q 6 1, * c O ( 6 9 " # # S 1 N P " - < : % < S P ' O L 6 9 ( 1, 6 " # # "! ' * '! R $ & $ % % $ R # * 8 ( * *! " # $ $ ; * % R < - : % d S Q * *! 9, O U ' ( * 8 " # $ $ ; ; $ P : % + - $ # P # $ # P S L 6 9 ( 1 U, 6 " # # R! 9 ; ; $ $ # - R $ $ R $ Q > 9 " # # R N 9 1 < " $ $ Q < d $ " " P _ 6 M ' 6 9 (, * " # $ " ; # $ " $ $ < # # Foto 3. Majsrødder med eksternt mycelium med AM svampesporer. 258