Næste gang du går udenfor på en soci alt fjern gåtur mellem dine Zoom-møder, så læg mærke til den rige mangfoldighed af planter langs din vej. Når vi nærmer os sensommeren, skal du sørge for også at bemærke mangfoldigheden af sygdomssymptomer på disse planter, herunder pletter, pletter eller uklar vækst forårsaget af bakterier, vira eller svampe.
En nøgle til at overleve i naturen er at bekæmpe infektion - og ikke kun én gang. Som hos mennesker kan én infektion efterlade en plante med varig immunitet eller ikke.
Faktisk kan en tidlig infektion gøre tingene værre. Ny forskning fra et internation alt hold, herunder en assisterende professor i biologi ved Washington University i St. Louis, viser, at infektion faktisk gør en plante mere modtagelig for sekundær infektion - i forsøg og i naturen. Resultaterne er offentliggjort i 31. august-udgaven af Nature Ecology & Evolution.
"Vi fandt ud af, at tidlig infektion lettede senere infektion," sagde Rachel Penczykowski, assisterende professor i biologi i kunst og videnskab og medførsteforfatter på undersøgelsen. Hun udførte felteksperimenterne som postdoc-forsker med Anna-Liisa Laine, seniorforfatter på papiret, nu ved University of Zürich.
"Og rækkefølgen, hvori patogenstammer inficerer en plante, har betydning," sagde Penczykowski. "Nogle patogenstammer er særligt tilbøjelige til at lette infektion med senere ankommende stammer."
Resultaterne - opnået gennem en række elegante eksperimenter, der fanger, hvordan patogenstammer naturligt akkumuleres på planter i løbet af en vækstsæson - afslører vigtigheden af at forstå interaktioner mellem patogener, når man udvikler strategier til at opretholde sunde afgrødepopulationer.
Tidlig infektion fremmer senere infektion
Plantago lanceolata er et almindeligt ukrudt i vejkanten, der er hjemmehørende i Europa, hvor denne undersøgelse fandt sted, og i Asien; det er også almindeligt forekommende i Nordamerika. Infektion med patogenet Podosphaera plantaginis, en meldugsvamp, er let at få øje på med det blotte øje.
I naturen bliver plantepopulationer udsat for og inficeret af flere meldugstammer i løbet af deres levetid. Forfatterne spekulerede på, om forudgående eksponering for én stamme af meldug påvirker plantens modtagelighed for en anden.
For at simulere, hvad der ville ske i naturen, tog forfatterne unge, sygdomsfrie planter og børstede patogensporer fra en af fire patogenstammer på et enkelt blad pr. plante. Resten af bladene var midlertidigt dækket med en plastikpose.
Det podede blad blev derefter dækket med en sporesikker pose under forsøgets varighed, hvilket forhindrede infektion i at sprede sig mellem det og de andre blade. Denne metode virker, fordi meldug producerer en lokaliseret infektion på bladoverfladen, som ikke spredes systemisk i planten. Ellers modtog identiske kontrolplanter en falsk inokulering i stedet for meldugsporer.
Planterne blev derefter placeret i et fælles havemiljø på en stor mark (uden lok alt forekommende Plantago eller meldug), hvor de samtidigt blev udsat for alle fire patogenstammer.
Penczykowski og medforfatter Fletcher Halliday, en aktuel postdoktor i Laine-laboratoriet, fandt ud af, at ingen af de fire stammer af meldug, der var podet på planter, beskyttede planterne mod en sekundær infektion. Faktisk gjorde tidligere udsættelse for meldug planter mere modtagelige for en anden melduginfektion sammenlignet med infektionsnaive kontroller.
"Hvis du ser på hver stamme individuelt, var nogle af stammerne bedre end andre til at fremme senere infektion," sagde Penczykowski.
"Fordi afgrødeplanter også kan blive udsat for en mangfoldighed af patogenstammer i en given vækstsæson, er det vigtigt at forstå, hvordan forskellige patogenstammer påvirker hinanden, for at udvikle bæredygtige sygdomsbekæmpelsesstrategier i landbrugssystemer."
Into the wild
Forskere placerer nogle gange kohorter af sunde, drivhusdyrkede "vagtpostplanter" i markpopulationer for at måle risikoen for patogeninfektion. Ved at gøre dette med sentinelplanter kan forskere kontrollere for genetisk baggrund, alder og tilstand.
For at teste, hvordan forudgående podning påvirkede sandsynligheden for, at planter blev inficeret under epidemier i vilde populationer, inokulerede forfatterne planter, som de gjorde i det almindelige haveeksperiment (igen med uinokulerede kontroller til sammenligning). Bortset fra denne gang flyttede de pottevagtplanterne ind i vilde populationer og ventede på, at naturligt forekommende meldugsporer ankom.
Forskerne fandt ud af, at tidligere inficerede sentinelplanter fik sekundære melduginfektioner oftere end kontrolplanter, der aldrig var blevet inficeret. Dette var sandt, selvom den eneste måde, hvorpå planter fangede de naturligt forekommende patogenstammer, var gennem vinden.
"Det, vi så i både vores fælles have og vores vagtplanteeksperimenter, var, at tidligere inokulerede planter var mere modtagelige for senere infektion," sagde Halliday. "Men kunne vi opdage signaturen af patogen-stammefacilitering i naturligt inficerede vilde plantepopulationer? Det ville kræve en intensiv undersøgelse af vilde plante-patogen-dynamikker."
Og ud i naturen gik forskerne - det vil sige ved hjælp af data fra vilde populationer, som heldigvis blev indsamlet året før.
I en intensiv undersøgelse af 13 markpopulationer sporede forskerne melduginfektion i vilde planter i løbet af to måneder. De mærkede planter, da de fandt melduginfektion; ellers blev de ikke manipuleret på nogen måde og havde vokset i marken hele deres liv.
Et lille bladområde af hver inficeret plante blev skåret af og bragt til laboratoriet for at identificere de meldugstammer, der inficerede planterne på forskellige tidspunkter i løbet af vækstsæsonen.
Vigtigheden af at være tidligt
Meldugstammer varierer i deres evne til at overleve vinteren og i tidspunktet for deres reproduktionscyklus.
Nogle stammer ankommer tidligere i vækstsæsonen og er sandsynligvis dem, der har overvintret og reproduceret hurtigt.
Halliday dykkede ind i de genetiske data, der blev indsamlet fra undersøgelserne af de 13 feltpopulationer og fandt ud af, at stammer, der blev opdaget tidligt på sæsonen, almindeligvis lettede efterfølgende infektioner, og stammer, der ankom til populationerne senere på sæsonen, nød godt af denne lettelse.
"De tidligt ankomne stammer er dem, der driver forløbet af epidemier og påvirker også mangfoldigheden af patogenstammer, der samles i plantepopulationer," sagde Halliday.
"Med andre ord kan de stammer, der er klar til at ramme jorden om foråret, påvirke både den økologiske og evolutionære dynamik i plante-patogen-interaktioner," tilføjede Penczykowski.
