The Synergistic Effects of Jasmonic Acid and Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Enhancing the Herbicide Resistance of an Invasive Weed Sphagneticola trilobata.
Microorganisms · 2025 · 13 · PMID 41472020 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 환경과 생태 > 토양생물·미생물 · 식물
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침입성 식물인 Sphagneticola trilobata (국화과)는 빠른 성장 속도와 강한 적응력으로 인해 전 세계 열대 및 아열대 지역에 광범위하게 퍼져 현지 식물 다양성에 심각한 위협을 가하고 있다. 전통적인 잡초 방제 접근법은 효과가 제한적이며, 글리포세이트와 같은 화학 제초제의 과도한 사용은 내성 발생을 초래할 뿐만 아니라 환경에도 해롭다. 본 연구는 자스몬산(JA)과 균근성 진균(AMF)이 S. trilobata의 제초제 내성을 공동으로 촉진하는 중요한 역할을 규명하였다. 첫째, S. trilobata의 제초제 내성이 테스트되었다. 다음으로, 고처리량 염기서열 분석을 통해 AMF 군집화와 S. trilobata의 제초제 내성 간의 관계를 검증하기 위한 현장 실험이 수행되었고, AMF 군집화를 통한 이차 대사산물 차이를 확인하기 위해 대사체학적 분석이 실시되었다. 마지막으로, 온실 실험을 통해 JA와 AMF가 S. trilobata의 제초제 내성에 미치는 상승 효과를 평가하였다. 결과에 따르면 침입성 S. trilobata는 토종 근연종보다 더 높은 글리포세이트 내성을 가진 것으로 나타났다. 현장 실험에서는 글리포세이트 처리가 S. trilobata의 AMF 군집화를 유의하게 증가시키고 근권 AMF 군집 구성을 변화시켰음을 보여주었다. 대사체학적 분석 결과, AMF 군집화는 스트레스 관련 대사산물, 특히 JA 함량의 발현을 상향 조절하는 것으로 나타났다. 온실 실험은 AMF 군집화와 JA 처리 모두 줄기와 뿌리 길이 및 식물 바이오매스를 향상시킬 수 있음을 추가로 입증하였다. 글리포세이트 적용 하에서 AMF와 JA는 식물 생장과 상대 엽록소 함량을 증가시키는 동시에 상대 플라보놀 및 안토시아닌 함량은 감소시켰다. 나아가, AMF와 JA 처리의 상호작용은 식물 생장과 글리포세이트 내성에서 유의미한 상승 효과를 가져왔다. 본 연구 결과는 S. trilobata 방제를 위한 화학적 방제 관리 전략을 수립할 때 JA와 AMF가 제초제 내성에 미치는 촉진 효과를 동시에 고려해야 할 필요성을 강조한다. 본 연구는 침입성 식물 관리를 위한 새로운 이론적 기반과 지속 가능한 방제 전략을 제공하며, 나아가 식물-미생물 상호작용 및 스트레스 내성 메커니즘에 대한 연구에 중요한 참고 자료가 된다.ORIGINAL ABSTRACT
The invasive plant Sphagneticola trilobata (Asteraceae), known for its rapid growth and strong adaptability, has spread widely across tropical and subtropical regions worldwide, posing a serious threat to local plant diversity. Traditional weed control approaches have limited effectiveness, and the overuse of chemical herbicides such as glyphosate not only leads to resistance but also harms the environment. This study elucidated the important roles of jasmonic acid (JA) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) in jointly promoting the herbicide resistance of S. trilobata. Firstly, the herbicide tolerance of S. trilobata was tested. Then, a field experiment was conducted to test the relation between AMF colonization and herbicide resistance in S. trilobata by high-throughput sequencing, and the metabolomics analysis was conducted to test the secondary metabolite difference by AMF colonization. Lastly, a greenhouse experiment was conducted to assess the synergistic effects of JA and AMF on S. trilobata's herbicide resistance. Results showed that invasive S. trilobata has stronger glyphosate tolerance than its native congener. The field experiment showed that glyphosate treatment significantly increased the AMF colonization in S. trilobata and altered the composition of the rhizosphere AMF community. Metabolomics analysis revealed that AMF colonization upregulates the expression of stress-related metabolites, especially JA content. The greenhouse experiment further validated that both AMF colonization and JA application could enhance the stem and root length and plant biomass. Under glyphosate application, AMF and JA enhanced plant growth and relative chlorophyll content, while reducing relative flavonol and anthocyanin contents. Furthermore, the interaction of AMF and JA treatments led to a significant synergistic effect in plant growth and resistance to glyphosate. Our findings emphasize the necessity to simultaneously consider eliminating the promoting effects of JA and AMF on the herbicide resistance when implementing chemical control management strategies for the control of S. trilobata. This study provides new theoretical bases and sustainable control strategies for invasive plant management, as well as important references for research on plant-microbe interactions and stress resistance mechanisms.| 저자 | Xiong, H.; Naz, M.; Chen, R.; Yan, M.; Gong, Z.; Shu, Z.; Zhang, R.; Ren, G.; Qi, S.; Dai, Z.; Du, D. |
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| 저널 | Microorganisms |
| 권·호·쪽 | 13(12) |
| PMID | 41472020 |
| DOI | 10.1371/journal.pone.0175820 |