[論文レビュー] Microbiomes and pathogen survival in crop residues, an ecotone between plant and soil

Lydie Kerdraon, Valérie Laval+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2019

Plant Disease Resistance and Genetics参考文献 117被引用数 90

ひとこと要約

残留物の微生物叢と残留物由来の真菌病原体の生存との関連を検討する総説で、穀物システムにおける微生物情報に基づく病害管理を情報提供します。

ABSTRACT

This review focuses on microbiomes associated with residues within the context of other microbial habitats in cereal-producing agroecosystems such as phyllosphere or rhizosphere. We connect residue microbiome with the survival of residue-borne fungal plant pathogens, thus combining knowledge in microbial ecology and epidemiology, two disciplines still not sufficiently connected. We provide an overview of the impact of residues on cereal disease epidemics and how dynamic interactions between microbial communities of non-buried residues during their degradation, along with soil and multitude of abiotic factors, can contribute to innovative disease management strategies, including next-generation microbiome-based biocontrol strategies. Starting from the classical but still relevant view of crop residues as a source of pathogen inoculum, we first consider possibilities for limiting the amount of residues on the soil surface to reduce the pathogen pressure. We then describe residues as a transient half-plant/half-soil compartment constituting a key fully fledged microbial ecosystem: in other words, an ecotone which deserves special attention. We focus on microbial communities, the changes in these communities over time and the factors influencing them. Finally, we discuss how the interactions between the microbial communities and the pathogens present on residues could be used: identification of keystone taxa and beneficial assemblages, then preservation of these taxa by adapted agronomic practices or development of synthetic communities, rather than the introduction of a single exogenous biocontrol species designed as a 'treatment product'.

研究の動機と目的

• 残留物に関連する微生物群集が病原体の生存と穀物の病害流行に与える影響を総合的に整理する。
• 残留物微生物学を broader microbial habitats（phyllosphere, rhizosphere）と疫学と結びつける。
• 生物除草戦略を支える手がかりとなるキーストーンタクサや微生物集合体を特定する。
• 病害圧を緩和するために有益な残留物微生物叢を保存する農業実践を論じる。

提案手法

• 微生物生態学と植物病理学の観点からの文献統合。
• 残留物を一過性の半植物/半土壌のエコトーンとして描く概念的枠組み。
• 時間とともに形づく factors into factors shaping residue microbiomes（abiotic influences and degradation dynamics）を評価。
• 残留物の微生物と病原体の相互作用が単一種導入を超えた生物防除戦略を導く可能性について議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 作物残留物が分解過程でどのように変化するか、またこれらのダイナミクスを形づくる要因は何か。
• RQ2 残留物関連の微生物叢と残留物由来の真菌病原体の生存または抑制との関係はどうなるか。
• RQ3 キーストーンタクサと有益な集合体の同定が、安定的で微生物叢ベースの病害管理に役立つか。
• RQ4 有益な残留物微生物叢を最もよく保存して病原体圧を低減する農業実践は何か。

主な発見

• 残留物の微生物叢は土壌および非生物的要因と相互作用し、残留物分解中の病原体生存に影響を与える。
• 残留物は植物と土壌の生息地を分離する独自の微生物ダイナミクスを持つ明確な ecotone として機能する。
• 残留物における微生物相互作用を理解することで、合成群集の開発やキーストーンタクサの保全による生物防除が可能になる。
• 単一の生物防除薬剤からエコシステムベースの戦略へと移行することで、病害管理の効果が向上する可能性がある。
• 総説は微生物叢知識を革新的で持続可能な穀物病害管理へ組み込む可能性を強調する。