[논문 리뷰] Microbiomes and pathogen survival in crop residues, an ecotone between plant and soil

Lydie Kerdraon, Valérie Laval외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 06.

Plant Disease Resistance and Genetics참고 문헌 117인용 수 90

한 줄 요약

잔류물 미생물군집과 잔류물 매개 진균 병원체의 생존 간의 연관성을 다루고, 곡물 시스템에서 미생물 기반 질병 관리에 정보를 제공하는 리뷰.

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'.

연구 동기 및 목표

• 잔류물 관련 미생물 커뮤니티가 병원체 생존과 곡물 질병의 유행에 어떤 영향을 미치는지 종합한다.
• 잔류 미생물학을 더 넓은 미생물 서식지(엽계, 뿌리계) 및 역학과 연결한다.
• 생물통제 전략을 뒷받침할 수 있는 핵심 분류군과 미생물 군집을 식별한다.
• 질병 압력을 완화하기 위해 유익한 잔류물 미생물군을 보존하는 농업 관행을 논의한다.

제안 방법

• 미생물 생태학 및 식물 병리학 관점의 문헌 종합.
• 잔류물을 일시적이며 반식물/반토양 생태경계로 설명하는 개념 프레임워크.
• 비생물적 영향과 분해 역학을 포함하여 시간이 지남에 따른 잔류물 미생물군집을 형성하는 요인들을 평가한다.
• 잔류 미생물과 병원체 간의 상호작용이 단일 종 도입을 넘어 생물통제 전략을 안내할 수 있는 방법에 대해 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 작물 잔재의 미생물 군집은 분해 과정에서 어떻게 변화하며, 이러한 동태를 형성하는 요인은 무엇인가?
• RQ2 잔류물 관련 미생물군집과 잔류물에 매개된 진균 병원체의 생존 또는 억제 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ3 핵심 분류군(키스톤 taxa)과 유익한 미생물 군집의 식별이 내구성 있는 미생물군 기반 질병 관리에 정보를 제공할 수 있는가?
• RQ4 질병 압력을 줄이기 위해 어떤 농업 관행이 유익한 잔류물 미생물군을 가장 잘 보존하는가?

주요 결과

• 잔류물 미생물군은 토양 및 비생물적 요인과 상호작용하여 잔류물 분해 동안 병원체 생존에 영향을 준다.
• 잔류물은 식물과 토양 서식지를 구분하는 고유한 미생물 역동성을 가진 독특한 생태경계로 기능한다.
• 잔류물에서의 미생물 상호작용을 이해하면 생물통제용 합성 커뮤니티 개발이나 핵심 분류군의 보존이 가능할 수 있다.
• 단일 생물통제 제에서 생태계 기반 전략으로의 전환이 질병 관리 향상에 기여할 수 있다.
• 본 리뷰는 미생물군지식의 융합을 통해 혁신적이고 지속 가능한 곡물 질병 관리로의 가능성을 강조한다.