Roots of most terrestrial plants form symbiotic associations (mycorrhiza) with soil- borne arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). Many studies show that mycorrhizal colonization enhances plant resistance against pathogenic fungi. However, the mechanism of mycorrhiza-induced disease resistance remains equivocal. In this study, we found that mycorrhizal inoculation with AMF Funneliformis mosseae significantly alleviated tomato (Solanum lycopersicum Mill.) early blight disease caused by Alternaria solani Sorauer. AMF pre-inoculation led to significant increases in activities of β-1,3-glucanase, chitinase, phenylalanine ammonia-lyase (PAL) and lipoxygenase (LOX) in tomato leaves upon pathogen inoculation. Mycorrhizal inoculation alone did not influence the transcripts of most genes tested. However, pathogen attack on AMF-inoculated plants provoked strong defense responses of three genes encoding pathogenesis-related proteins, PR1, PR2, and PR3, as well as defense-related genes LOX, AOC, and PAL, in tomato leaves. The induction of defense responses in AMF pre-inoculated plants was much higher and more rapid than that in un-inoculated plants in present of pathogen infection. Three tomato genotypes: a Castlemart wild-type (WT) plant, a jasmonate (JA) biosynthesis mutant (spr2), and a prosystemin-overexpressing 35S::PS plant were used to examine the role of the JA signaling pathway in AMF-primed disease defense. Pathogen infection on mycorrhizal 35S::PS plants led to higher induction of defense-related genes and enzymes relative to WT plants. However, pathogen infection did not induce these genes and enzymes in mycorrhizal spr2 mutant plants. Bioassays showed that 35S::PS plants were more resistant and spr2 plants were more susceptible to early blight compared with WT plants. Our finding indicates that mycorrhizal colonization enhances tomato resistance to early blight by priming systemic defense response, and the JA signaling pathway is essential for mycorrhiza-primed disease resistance.

Nitrogen (N) is one of the most intensively used fertilizers in cropping system and could exert a variety of bottom-up effects on the ecological fitness of herbivores. However, the effects of increased N inputs on insect pesticide tolerance have not been comprehensively understood. Bioassays showed that high N (HN) applied to maize plants significantly increased larval tolerance of Spodoptera litura to multiple insecticides. Activities of detoxification enzymes were significantly higher in the larvae fed on maize plants supplied with HN. RNA-seq analysis showed that numerous GST and cuticle-related genes were induced in the larvae fed on HN maize. RT-qPCR analysis further confirmed four GST genes and larval-specific cuticle gene LCP167. Furthermore, when injected with dsRNA specific to GSTe1, GSTs5, and LCP167, the mortality of larvae treated with methomyl was about 3-fold higher than that of dsGFP-injected larvae. Electron microscope observation showed that cuticle of the larvae fed on HN maize was thicker than the medium level of N. These findings suggest that increased application of N fertilizer enhances insecticide tolerance of lepidopteran pests via induction of detoxification enzymes and intensification of cuticle. Thus, overuse of N fertilizer may increase pest insecticide tolerance and usage of chemical insecticides.

Background Spodoptera frugiperda , the fall armyworm is a destructive invasive pest, and S. litura the tobacco cutworm, is a native species closely related to S. frugiperda . The gut microbiota plays a vital role in insect growth, development, metabolism and immune system. Research on the competition between invasive species and closely related native species has focused on differences in the adaptability of insects to the environment. Little is known about gut symbiotic microbe composition and its role in influencing competitive differences between these two insects. Methods We used a culture-independent approach targeting the 16S rRNA gene of gut bacteria of 5th instar larvae of S. frugiperda and S. litura . Larvae were reared continuously on maize leaves for five generations. We analyzed the composition, abundance, diversity, and metabolic function of gut microbiomes of S. frugiperda and S. litura larvae. Results Firmicutes, Proteobacteria, and Bacteroidetes were the dominant bacterial phyla in both species. Enterococcus , ZOR0006 , Escherichia , Bacteroides , and Lactobacillus were the genera with the highest abundance in S. frugiperda . Enterococcus , Erysipelatoclostridium , ZOR0006 , Enterobacter , and Bacteroides had the highest abundance in S. litura . According to α -diversity analysis, the gut bacterial diversity of S. frugiperda was significantly higher than that of S. litura . KEGG analysis showed 15 significant differences in metabolic pathways between S. frugiperda and S. litura gut bacteria, including transcription, cell growth and death, excretory system and circulatory system pathways. Conclusion In the same habitat, the larvae of S. frugiperda and S. litura showed significant differences in gut bacterial diversity and community composition. Regarding the composition and function of gut bacteria, the invasive species S. frugiperda may have a competitive advantage over S. litura . This study provides a foundation for developing control strategies for S. frugiperda and S. litura .

Exotic plants can selectively recruit beneficial microorganisms, such as arbuscular mycorrhizal fungi (AMFs) and Bacillus spp., during their invasion process to enhance growth and competitiveness by improving nutrient absorption and strengthening defense capabilities against herbivores. However, research in the context of invasive plants remains limited. In this study, a greenhouse pot experiment was conducted to examine the effects of different treatments on the growth and defense of Ageratina adenophora. The treatments included no inoculation, inoculation with Bacillus thuringiensis (BT), inoculation with arbuscular mycorrhizal fungus (Claroideoglomus etunicatum, CE), dual inoculation with BT and CE (BT + CE), and the presence or absence of Procecidochares utilis. The results showed that both CE and BT + CE significantly enhanced nutrient concentration and promoted the growth of A. adenophora. The aboveground biomass increased by 35.48 and 53.38% under non-parasitism and by 68.03% and 103.72% under the parasitism of P. utilis for these two treatments, respectively. In comparison to the control P. utilis-parasitized A. adenophora, the BT, CE, and BT + CE treatments significantly increased protective enzyme activity, jasmonic acid concentration, and secondary metabolites. Our study indicates that the recruitment of B. thuringiensis in the rhizosphere of A. adenophora can enhance its defense ability, while C. etunicatum improved both growth and defense ability. The interaction effects of these two microorganisms enhances the regulation of growth and defense ability of A. adenophora against P. utilis parasitism, providing insights into the feedback effects of beneficial microorganisms on the interactions between invasive plants and biological control.