《Frontiers in Microbiology》：Epichlo?—the obligate mutualist protecting some commercially important temperate grasses from biotic and abiotic stresses
研究人员发现，存在于某些温带禾草中的Epichlo?真菌内生菌（Epichlo? fungal endophytes）之间的关系从拮抗到共生构成一个连续谱。本文主要关注那些与新世界温带禾草形成共生关系的种类，因为其具有显著的经济影响。本综述描述了Epichlo?的进化起源、发现过程、生活方式和生命周期，作为理解植物宿主与真菌内生菌之间密切联系的背景。许多无性型Epichlo?真菌内生菌的独特之处在于它们是专性共生体（obligate mutualists），在自然界中缺乏自由生活阶段，并通过宿主种子进行母系遗传。Epichlo?与其天然宿主植物之间的兼容性非常完全且特异，以至于将Epichlo?内生菌菌株人工转移到其他禾草（即使是遗传上亲缘关系较近的禾草）虽可能成功，但通常会导致内生菌和/或植物死亡或植物基因型表现不佳。这种关联的稳定性通过内生菌促进宿主的内源防御反应或直接产生次生代谢产物来保护宿主禾草免受生物和非生物胁迫而得以维持。Epichlo?内生菌以产生多种生物碱（alkaloids）而闻名，这些生物碱可通过毒性或取食威慑对无脊椎和脊椎食草动物产生负面影响，从而增强宿主存活率。然而，Epichlo?的化学物质可显著影响放牧动物的健康和福利，导致巨大的经济影响，包括黑麦草蹒跚症（ryegrass staggers）、热应激（heat stress）和羊茅中毒症（fescue toxicosis）。在世界某些温带地区，特别是新西兰、澳大利亚和美国，多年生黑麦草（perennial ryegrass）和高羊茅（tall fescue）等禾草需要Epichlo?衍生的保护来确保对无脊椎害虫和干旱的持久性，同时避免对放牧动物造成临床和亚临床损失。广泛筛选已鉴定出黑麦草和羊茅中成功商业化的Epichlo?菌株，这些菌株可确保禾草宿主的持久性而不对放牧动物造成严重的健康和福利影响。因此，选定Epichlo?菌株的开发和部署代表了植物保护、动物福利和农业生产力的关键交汇点，这一主题贯穿本综述。
1 Background and discovery of Epichlo?
多年生黑麦草（Lolium perenne L.）和高羊茅（Festuca arundinacea Schreb.）是温带禾草物种，因其在全球温带地区广泛用于放牧牧场系统而具有重要经济意义。黑麦草被认为起源于约410万年前的地中海东部地区，通过自花授粉和异花授粉谱系发生多样化。高羊茅是一种异源六倍体物种，原产于欧洲和北非，可能具有杂交起源，涉及多种形态型，表明其独立起源于不同的二倍体祖先。这两种禾草物种现广泛用于新世界，与Epichlo?真菌（Clavicipitaceae科，Ascomycota门）共同进化。Epichlo?是活体营养型生物（biotrophs），需要活的宿主组织才能生存、生长和繁殖，而不是在感染后简单杀死宿主。这种共生关系为Epichlo?提供了安全的环境和充足的营养与水分，而禾草宿主则获得了对无脊椎和脊椎食草动物的有效保护，以及对某些叶部病害和部分非生物胁迫的增强耐受性。这被描述为“防御性共生”（defensive mutualism），其中真菌通过防御宿主免受食草动物侵害来保护自身的资源。
Epichlo?最早在一个多世纪前在有毒黑麦草（Lolium temulentum）中被发现，这种禾草因其毒性而闻名，可追溯到罗马时代。现在已知它含有E. occultans。然而，所记载的毒性很可能不是由于E. occultans，因为该菌种不产生任何哺乳动物毒性生物碱，而更可能是其他真菌毒素（如种子穗中的麦角菌）的产物。随后，在鸭茅（Dactylis glomerata）中发现了致病性和有性型（E. typhina），其可能导致“窒息”病，即花序成熟受阻，该分蘖不产生种子，并被鉴定为系统性的，在细胞间生长，通过感染种子传播，但也能产生子实体和孢子。Epichlo?的母系遗传在有毒黑麦草和多年生黑麦草中经过六个种子生产季节被观察到，并且该关系对宿主物种并非专性。多年生黑麦草中的内生菌被注意到无症状，不产生子实体或“窒息”。同时，在20世纪30年代，多年生黑麦草中的真菌被怀疑导致蹒跚症，这是一种动物神经毒性疾病，导致协调障碍，并在20世纪40年代初的两篇论文中被描述。然而，直到20世纪70年代末和80年代初，Epichlo?在温带禾草中对动物健康障碍的重要性才被充分记录，特别是与高羊茅（羊茅中毒症）和多年生黑麦草（黑麦草蹒跚症）相关的。在美国高羊茅中的发现最初被归类为E. typhina，但后来证实为E. coenophialum。在新西兰，发现的是多年生黑麦草中的无性型E. festucae var. lolii。
本综述旨在审视Epichlo?真菌内生菌在温带禾草中的生物学和重要性，并强调这些特殊微生物为何独特，以及为何已成功商业化成为一种经济且可靠的生物防治技术。
2 Nomenclature of Epichlo?
现在被称为Epichlo?的属最初被分类为两个属——Neotyphodium（原Acremonium），包括那些没有有性生活周期的物种，以及Epichlo?，包括所有具有有性生活周期的物种。然而，2011年在澳大利亚墨尔本举行的第18届国际植物学大会上通过的《国际藻类、真菌和植物命名法规》的命名规则变更，要求每个真菌物种使用单一名称，这意味着Neotyphodium和Epichlo?物种必须合并为一个属——即Epichlo?。
3 The biology of Epichlo?
虽然对Epichlo?的研究主要集中在多年生黑麦草和高羊茅中的影响，但它确实存在于早熟禾亚科（Pooideae）的许多其他禾草物种和属中，分布遍及欧洲、南北美洲、亚洲和大洋洲。Epichlo?物种以及某些物种内的菌株，可以从病原体变为共生体。此外，在Epichlo?的一个物种内，不同菌株之间的次生代谢产物谱可能存在显著差异。
3.1 Evolutionary origin
研究人员提出，“共分化的显著趋势证据表明，Epichlo?属的起源可能在时间上接近高度物种丰富的禾草亚科早熟禾亚科的起源”。Epichlo?与其禾草宿主的共同进化可能表明，基于核糖体DNA多样性研究，Epichlo?的多样性和可能的起源中心位于北半球。然而，其他研究认为一些Epichlo?-宿主系统发育不一致，不支持共分化作为该关联的特征。Epichlo?的进化起源仍不确定，但研究人员提出这些真菌源自植物病原菌祖先。在两种致病性Epichlo?姐妹物种的染色体水平基因组研究中，发现了在病原真菌中常见的重复诱导点突变，以及二分基因组组织。这允许高进化灵活性，通过染色体片段的重组和整合新基因，使真菌能够更快适应新环境或新宿主。此外，已有实例表明，由于单个基因突变或表型可塑性，腐生或病原真菌可变为无症状内生菌。
3.2 Lifestyle and life cycle
Epichlo?菌丝主要存在于地上植物部分（叶和花），在细胞间隙中生长。不定根在茎尖分生组织区域下方的真茎中开始发育时也可能被感染。内生菌的生长在宿主禾草生长的所有阶段与宿主同步。Epichlo?至少在其生命周期的大部分时间内在植物组织内无症状存在。菌丝附着在细胞外部，随着叶和花茎的生长和伸长，通过居间生长进行扩展。宿主植物和内生菌菌丝的生长似乎同步，菌丝很少分枝，主要平行于叶轴生长。虽然这是Epichlo?菌丝生长的一个显著特征，对于在宿主植物内形成结构化菌丝网络、促进共生关系和母系遗传至关重要，但这并非唯一，在其他丝状真菌中也有记录。菌丝的居间生长由特定的遗传和生化途径支持，例如Epichlo?中的细胞壁完整性丝裂原活化蛋白激酶级联反应，它调节菌丝网络的形成。在内生型Epichlo?中，菌丝细胞壁中不存在几丁质，而是通过几丁质脱乙酰酶的作用被壳聚糖取代。然而，在隔膜中保留了几丁质，这有助于菌丝居间生长，并可能有助于逃避宿主免疫反应。壳聚糖是植物胞外几丁质酶的不良底物。然而，当真菌在纯培养或附生生长时，几丁质存在，充当保护屏障。
Epichlo?物种可以通过有性和/或无性方式传播。有性繁殖为真菌从一株宿主植物水平传播到另一株无关植物提供了能力。有趣的是，当一个Epichlo?菌株在单株植物上既能无性传播又能有性传播时，这种繁殖过程的二元性很可能由表观遗传效应触发。对Epichlo?属的分类修订（已超过十年）确定，在43个独立谱系中，25个为无性型，18个为有性型，其中仅3个只通过有性繁殖且仅水平传播，28个只通过无性繁殖，12个物种/亚种既有性又有无性繁殖。此后，又鉴定出几个新的Epichlo?物种，包括E. alsodes、E. hybrida、E. novae-zelandiae、E. scottii、E. transsilvanica，以及未命名的物种，如最近在非洲乌干达热带高地的Festuca simensis中发现的Epichlo?。
有性繁殖菌株的罕见发生先前已被观察到。对于无性型Epichlo?物种，已明确证明它们仅通过母系遗传，且不通过花粉传播。普遍认为，作为种间杂种的Epichlo?物种具有异倍体基因组，缺乏有性繁殖能力，并通过种子垂直传播。相比之下，通过子囊孢子水平传播到其他宿主的物种是单倍体。在开花前的花中，垂直传播的Epichlo?菌丝生长在整个胚珠珠心中，但不进入珠被或胚囊，一条单菌丝从子房胎盘延伸进入胚珠，受精后菌丝进入发育中的种子和胚。
研究人员得出结论，“禾草内生菌中杂种物种的丰富度及其在许多宿主种群中的普遍性，表明杂交对共生内生菌具有选择性优势”。Epichlo?内生菌的杂交被认为是一种机制，可能增加宿主在资源有限、胁迫环境中的竞争潜力。然而，考虑其可能是由于通过结合不同物种的基因组而获得更大的遗传变异，从而增强适应性和对宿主植物的适合度益处，可能通过产生更广泛的生物活性生物碱，但这一情况似乎并非必然。Epichlo?菌株与宿主物种的兼容性可能会影响这些类型的比较。通过模型支持，有说服力地论证，严格通过种子垂直传播的Epichlo?物种只能作为共生体发挥作用，因为如果不向宿主提供某些益处，其在环境中的持久性是不可能的。尽管其他人提出垂直传播的内生菌“通常是寄生的”，或处于共生-寄生连续谱中。然而，也有人认为“在共生关系中，当一个生物体包含在另一个生物体内时，对内共生体有性繁殖的选择经常发生”。毫无疑问，复杂的动态过程是禾草-内生菌共生的基础。
Epichlo?物种的杂交可能发生在有性繁殖期间，或通过生长在同一宿主中的两个Epichlo?物种之间的营养核融合发生。这两种选择似乎都有问题。不同Epichlo?物种之间的有性杂交尝试多次均未成功，仅产生一个杂种，但仍只产生单倍体后代，且必须从菌丝垫中拯救，因为子囊孢子不弹射。大多数Epichlo?物种是不育的，E. typhina和E. clarkii是个例外，它们可以杂交。然而，即使在这种情况下，从两个物种收集的子囊孢子中，只有9.3%的真菌子实体含有种间杂种来源的孢子，这表明合子后隔离机制为Epichlo?物种提供了重要的生殖隔离。也有观点认为，如果对杂种的选择很强，那么合子前生殖障碍可能加强这一结果。此外，Epichlo?的有性繁殖涉及菌丝垫形成，这阻止宿主开花，而无性繁殖通过宿主种子垂直传播不影响宿主适合度。
通过营养核融合的杂交同样具有挑战性。在自然界中，单个禾草基因型通常不太可能感染超过一种Epichlo?菌株，并且通常竞争性排斥会很快消除一种。然而，北美林地禾草Poa alsodes可以独立宿主持有两种Epichlo?物种，它们产生的生物碱不同。因此，假设“杂交事件必须在共感染后不久发生”。然而，许多杂交Epichlo?菌株发现于与其所有已知亲本宿主亲缘关系较远的禾草物种中，并且人工接种到非宿主物种的Epichlo?菌株通常会引起防御反应，导致接种后内生菌自发消失或植物死亡。
有性Epichlo?的交配通过形成菌丝垫发生——这是一种在植物宿主表面增殖的结构。为了实现交配，同一交配群体内相反交配型的精子器可以通过特定的Botanophila属蝇类传递。然而，已注意到这种与蝇类的相互作用并非强制性的，真菌的受精也可在没有蝇类参与的情况下发生。受精导致菌丝垫表面厚菌丝体的增殖。增殖的菌丝体似乎来自精子器或菌丝垫，而非异核现象的结果。然而，在培养基上生长时，Epichlo?物种内部和物种之间形成异核体是可能的，如Chung和Schardl所证明的。尽管如此，人们认为Epichlo?物种的异核现象发生极为罕见，以至于没有被选择淘汰。同样，尽管单株植物可能被多种Epichlo?菌株感染，但这种情况很少见，除非在有性繁殖形式中。这可能受宿主和内生菌的遗传变异调节。
最近，细菌性有性寄生虫Wolbachia已被证明感染了70%的Botanophila蝇类幼虫，导致幼虫死亡，这可能对蝇类宿主以及Epichlo?真菌产生深远影响。Wolbachia的感染可能通过促进幼虫过早死亡来限制Botanophila幼虫对Epichlo?孢子的消耗。此外，真菌寄生菌Clonostachys epichlo?也对参与Epichlo?有性周期的Botanophila蝇类具有昆虫病原活性，并能定殖于感染Epichlo?内生菌的禾草种子表面。
尽管Epichlo?是活体营养型，但可以在特定培养基上培养某些物种/菌株，这是将无性型物种/菌株转移到新宿主的核心要求。当从宿主植物中分离时，Epichlo?在特定培养基上通常生长缓慢。
3.3 Host—strain specificity
Epichlo?菌株与宿主禾草的遗传兼容性可能非常特异，以至于跨分类群转移Epichlo?菌株具有挑战性，通常导致宿主植物生长不良和表现不佳，并导致与原宿主不同的生物碱产量水平，以及储存种子中活力降低。当用从野生禾草亲缘种中分离的Epichlo?菌株感染现代谷物如黑麦和小麦时，这种效应变得明显。研究人员得出结论，“合成共生的形成是可能的，但兼容性问题需要解决”，产生的植物表型从严重矮化到类似健康未感染植物不等。这种紧密的菌株-宿主特异性可能是其共同进化的结果。Epichlo?中编码分泌蛋白的基因已被确定为内生菌菌株宿主专化的关键决定因素。尽管存在紧密的菌株-宿主特异性原则，但也有实例表明某些Epichlo?菌株在不同Elymus物种之间甚至跨大陆共享。
3.4 Chemistry
无性型Epichlo?与宿主禾草之间的互利关联由内生菌在植物体内时产生的大量次生代谢产物，特别是生物碱所促进。次生代谢产物是有机体产生的有机化合物，不直接参与其生长、发育或繁殖，它们与防御、信号传导和环境适应相关，改善生态适合度但不直接影响生长。Epichlo?改善植物防御的影响不仅归因于产生的次生代谢产物，还通过这些内生菌通过茉莉酸途径促进内源防御反应来增强植物对咀嚼昆虫的免疫力。此外，内生菌已被证明影响抗氧化酚类组成的定量变化。一些酚类样化合物被证明能渗出到根际，从而在低磷环境中改善磷吸收。
3.4.1 Diversity of secondary metabolites
Epichlo?的次生代谢产物化学仅被部分了解，包括生物碱和非生物碱。
3.4.1.1 Alkaloids
生物碱是含氮原子的有机化合物，通常存在于杂环中。Epichlo?已知产生四类主要生物碱：麦角生物碱（ergot alkaloids）、吲哚二萜（indole diterpenes）、吡咯并吡嗪（pyrrolopyrazines）和氨基吡咯里西啶（aminopyrrolizidines）。已知Epichlo?在宿主禾草中表达的化学结构如图所示。以下概述了与Epichlo?相关的已知生物碱的主要类别。
1. 麦角生物碱：这一大类含氮化合物源自L-色氨酸，有四个主要化合物组——棒麦角素（clavines）、麦角酸（lysergic acid）、麦角酸酰胺（lysergic acid amides）和麦角肽（ergopeptines）。在Epichlo?的进化过程中，这种麦角生物碱的多样性源于基因获得、基因丢失和基因序列变化。麦角缬氨酸（ergovaline）是Epichlo?感染禾草中表达的最普遍且毒性最强的麦角生物碱，但Epichlo?内生菌产生的其他麦角生物碱也可能导致动物健康和福利问题。与麦角生物碱摄入相关的主要动物健康和福利问题总结在表中。麦角缬氨酸在植物体内具有低移动性，其积累受内部植物环境强烈调控，主要存在于分蘖基部组织中。棒麦角素是麦角生物碱类中最简单的化合物，由麦角生物碱生物合成途径的早期步骤产生。变棒麦角素（chanoclavine）虽然是麦角生物碱途径中的中间化合物，但可积累到与麦角肽生物碱相似的浓度，然而已知变棒麦角素不会引起任何动物毒性问题，但可能具有潜在的杀虫活性，尽管尚未确认。从裸麦角素（elymoclavine）代谢而来的麦角酸虽与对非洲黑甲虫的高度威慑有关，但对草地贪夜蛾无明显效果。
2. 吲哚二萜类：吲哚二萜是一类结构多样的化合物，具有共同的环状二萜骨架和源自色氨酸的吲哚结构。它们包括化合物paspaline、paxilline、terpendoles、lolitriol、lolitrems和epoxyjanthitrems。一些lolitrem化合物是神经毒素，可引起牲畜的震颤或蹒跚症。然而，并非所有lolitrem化合物都具有震颤原性——例如lolitrem E（lolitrem B的前体）在喂食小鼠时未被发现具有震颤原性。具有震颤原性的lolitrem B在种子、分蘖基部以及较老的叶鞘和枯叶中浓度最高。
3. 吡咯并吡嗪类：Peramine是一种吡咯并吡嗪-1-酮代谢物，广泛存在于Epichlo?物种中，但不在epichloae之外。Peramine是单一多功能酶（PerA）的产物，而非复杂途径的产物。PerA酶的自然突变和截短已被证明可产生一系列吡咯并吡嗪-1,4-二酮和吡咯并吡嗪-1-酮衍生物。Peramine是水溶性的，分布于整个宿主植物中，包括远离真菌菌丝的组织。在切叶液和吐水液中的检测表明Peramine可能在植物内运输，可能通过木质部。Peramine对脊椎动物没有已知的负面影响，尽管推测其与羔羊粪便含水量高及随后的粪便污染有关。
4. Lolines（1-氨基吡咯里西啶）：Epichlo?感染的禾草中可发现三种主要的loline衍生物——N-乙酰基loline、N-乙酰基norloline和N-甲酰基loline。在内生菌感染的草地羊茅中也观察到痕量的loline、norloline和N-甲基loline。Lolines在高羊茅中浓度较高，在草地羊茅中甚至更高，也在其他一些Epichlo?感染的禾草中发现，但在感染E. festucae var. lolii的多年生黑麦草中未发现。在草地羊茅和高羊茅中，来自昆虫生物测定的证据表明loline生物碱在韧皮部中转运或易于从韧皮部获取，并转运到根系。Lolines在吐水液中也被检测到可检测水平。Lolines似乎对脊椎动物没有负面影响。
3.4.1.2 Non-alkaloids
与Epichlo?相关的非生物碱次生代谢产物包括黄酮类（如tricin和isoorientin）、倍半萜类（如chokols）、脂肪酸、二肽-聚酮化合物和环状八/九肽。其中一些与抗真菌活性相关，而其他化合物的功能尚不清楚。最近鉴定的二肽-聚酮化合物dahurelmusin A已被指出对蚜虫具有抗性。Epichlo?cyclins是由非核糖体合成肽系统产生的八肽和九肽，通过核糖体合成和翻译后修饰肽系统环化。尽管由植物体内表达量最高的基因之一产生，但epichlo?cyclins的功能仍未知。此外，真菌活性氧的产生对于维持共生的真菌-植物相互作用至关重要。
3.5 Vulnerability of endophytes
种子中内生菌的活力主要由储存时间、温度和相对湿度决定，这些因素直接影响种子含水量。对于有价值的商业种子批次，建议将其包装在防潮包装中，并在5°C或以下、相对湿度30%或以下、种子含水量8%或以下的条件下储存。内生菌向发育中种子的传播对于Epichlo?的生命周期至关重要，至少对于黑麦草而言，这受宿主遗传学的强烈影响。
4 The role of Epichlo? in grazed temperate grasslands
Epichlo?在植物体内产生的次生代谢产物化学主要旨在阻止食草动物取食禾草宿主。这确保了植物的持久生存，这一点在美国的Kentucky 31高羊茅以及新西兰和澳大利亚的带有“野生型”标准内生菌的黑麦草中表现明显。在这两种情况下，这些内生菌产生麦角缬氨酸和/或lolitrem B，除了阻止取食外，还直接影响放牧反刍动物的健康和福祉。Epichlo?的次生代谢产物还保护宿主禾草免受昆虫害虫和病原体的侵害。有人以Epichlo?为例指出，“植物次生化学物质和内生生物碱常常无法保护植物，因为：(1) 专化性食草动物进化为解毒并利用防御化学物质进行生长和生存；(2) 食草动物的天敌可能比食草动物更容易受到生物碱的负面影响”。然而，在新西兰几十年的实践中，昆虫压力可能很严重，但在多年生黑麦草中使用的“野生型”和商业化Epichlo?菌株均未观察到这一点。在羊茅中，Epichlo?改善了耐旱性，尽管引起这种效应的生化和/或机制在很大程度上尚不清楚。
4.1 Impact on grazing vertebrates
Epichlo?产生的生物碱可引起放牧反刍动物和非反刍动物的多种健康、福利问题和生产力损失。在美国，二十多年前羊茅中毒症的年成本估计为6亿美元。在新西兰，二十年前黑麦草蹒跚症的年成本估计为1亿新西兰元。同样，在澳大利亚，绵羊生产系统中多年生黑麦草中毒症的年成本估计为1亿澳元。Epichlo?内生菌对动物的这些负面效应导致有人提出无内生菌的禾草对牲畜生产更有利。然而，很快人们意识到内生菌对禾草宿主的持久性至关重要，并导致了提供新型、低哺乳动物毒性菌株的计划，这些菌株已成功商业化超过25年。除了通过动物健康和福利障碍间接降低生产水平外，一些Epichlo?化学物质（如麦角缬氨酸）也可通过取食威慑直接导致生产水平降低，从而减少动物活重增加。然而，主要由麦角缬氨酸引起的取食威慑已被用作草坪禾草的一个优势，以阻止鸟类在机场和游乐场中取食它们。类似的Epichlo?化学物质，如对哺乳动物可能有毒并阻止昆虫害虫的麦角缬氨酸，也有助于阻止食虫和捕食性鸟类。Epichlo?内生菌生物碱向动物肉和奶的转移已被研究，未引起食品安全问题。研究表明，当牧场中这些化合物浓度增加时，绵羊和奶牛脂肪中的epoxyjanthitrems和lolitrem B浓度可能增加，但动物离开含有这些化合物的牧场后浓度下降。没有令人信服的证据表明麦角生物碱在饲喂麦角生物碱的动物的可食用组织中积累。
4.2 Impact on growth and persistence of pasture grasses
Epichlo?内生菌，特别是在新西兰、澳大利亚和美国，已被证明能改善重要温带禾草的持久性和产量。有趣的是，对于许多起源于欧洲的禾草来说，Epichlo?内生菌的选择性优势并不明显，但已被建议作为可持续农业的一种选择。然而，在Epichlo?对产量和持久性重要的地方，主要是由于它提供了对生物和非生物胁迫的抗性和/或耐受性。已有记载“超过40种昆虫害虫和疾病对内生菌感染有反应”。
4.2.1 Insect pest resistance
在某些温带草地环境中，Epichlo?对于禾草对抗多种无脊椎害虫的持久性至关重要。Epichlo?产生的各种生物碱对昆虫害虫的已知影响主要是由于毒性或阻止取食，并在表中总结。然而，有几种Epichlo?菌株有效控制昆虫害虫影响，但负责的化学物质仍未知。例如，菌株AR5和AR37控制根蚜；菌株AR37减少非洲黑甲虫数量并减少阿根廷茎象甲取食；菌株AR37减少Philobota spp.和粉蚧的数量；菌株AR37减少草地贪夜蛾幼虫生长和取食；菌株AR47和AR48对小麦鞘潜叶蝇具有威慑和/或毒性作用；一个未记录的Epichlo?菌株对草螟具有抗性；以及自然感染Epichlo?的伊朗本土高羊茅对榆草根蚜和大麦蚜提供生物防治。虽然对Epichlo?对昆虫害虫影响的研究主要集中在生物碱的产生上，但有证据表明某些昆虫抗性可能来自从细菌供体水平转移到Epichlo?的基因。
4.2.2 Pathogen resistance
早期的Epichlo?研究提到了在体外试验中产生抗真菌物质以对抗真菌病原体，如Rhizoctonia cerealis。其他关于Epichlo?抑制宿主禾草其他真菌病害的报道包括：细羊茅中的钱斑病，高羊茅中的Rhizoctonia zeae，以及通过减少蚜虫数量而抑制草地羊茅中的大麦黄矮病毒。Epichlo?可以通过直接产生杀真菌化合物、竞争共同资源或诱导植物防御来保护禾草宿主植物免受病原体侵害，也可以通过内生菌引起的非生物或生物环境变化间接保护。对22篇出版物（涵盖18种宿主禾草物种、11种Epichlo?内生菌物种和22种真菌病原体物种）的荟萃分析表明，Epichlo?对病原体感染总体上具有负面效应。有趣但可能并不意外的是，在该分析中，Epichlo?的保护作用在实验室和温室试验中大于田间试验。Card等人提供了Epichlo?物种对真菌腐生菌或植物病原体表现出的体外和体内生物活性的广泛总结。使用体外试验已证实，Epichlo?内生菌观察到的抗真菌活性所涉及的化学物质并非来自已知的Epichlo?衍生的抗哺乳动物和杀虫生物碱及其中间体。与提供抗真菌活性相关的化学物质在表中描述。一些Epichlo?物种不一定产生这些化合物中的某些，例如E. festucae和E. bromicola不产生chokol K。此外，对真菌病原体的抑制可以是Epichlo?物种内内生菌菌株特异性的。Epichlo?对多种与某些温带禾草相关的腐生和病原微生物的拮抗作用已由Card等人综述。除了表中列出的次生代谢产物外，Epichlo?介导的植物自身防御诱导也被提议作为提供对植物病原体抗性的另一种方式。
4.2.3 Abiotic stress tolerance
除了“保护”宿主植物免受众多生物胁迫外，Epichlo?还提供了一些减少非生物胁迫影响的益处。最显著的是改善了耐旱性或低土壤水分环境。然而，也有一些研究报告称内生菌状态不影响植物对干旱的反应，尽管这些是温室盆栽试验。在Epichlo?显示改善耐旱性的地方，在羊茅中的效果是降低气孔导度和改善渗透调节，特别是在植物的分生组织和生长区，从而改善干旱后的恢复。水分亏缺的施加也被证明会增加地上部和根部中的游离葡萄糖、果糖、海藻糖、糖醇、脯氨酸和谷氨酸，以及真菌代谢物甘露醇、loline生物碱，在黑麦草中还有麦角缬氨酸和lolitrem B。对于多年生黑麦草，一些Epichlo?菌株如AR37已被证明能增加根系生长，这可能为地上部在胁迫时期提供更好的营养和水分供应。由于Epichlo?存在而导致的抗氧化酶活性变化也与改善干旱后恢复有关。如果在干旱期间同时发生昆虫攻击，Epichlo?对黑麦草持久性的积极影响变得更加重要，证实了它们在许多集约化管理的牧草系统中的关键重要性。Epichlo?感染禾草还改善了耐盐性、耐受高铝或高镍土壤的能力，以及在低营养土壤中改善养分吸收。然而，这些改善的机制不一定被充分了解。有些可能是由于宿主植物受到Epichlo?内生菌保护免受某些昆虫害虫和病原体侵害而提高的恢复力。
5 The development of commercially viable Epichlo? strains
在发现Epichlo?内生菌存在于温带禾草（如黑麦草和羊茅）中，并将其与动物健康和福利问题以及增强的宿主植物持久性联系起来之后，研究人员开始努力鉴定能够保持农艺效益同时减轻对牲畜负面影响的Epichlo?菌株。这一搜索集中于能够维持宿主持久性而不损害动物健康和福利的内生菌菌株。这导致了被称为“新型”或“选定”内生菌的鉴定。
5.1 Ryegrasses
在新西兰，以及较小程度上在澳大利亚，鉴定新型Epichlo?用于黑麦草的重点是减少黑麦草蹒跚症和热应激的潜力，从而减少绵羊的粪便污染/蝇蛆病，并消除对产奶量和活重增加的制约。为了确保成功，植物育种者需要确保选定的Epichlo?菌株与宿主植物之间的遗传兼容性有效，以便通过种子的传播和幼苗的建立有效。第一个成功商业化的菌株是2001年的AR1，旨在提供对阿根廷茎象甲的抗性，同时具有非常低的黑麦草蹒跚症水平和无热应激。带有AR1内生菌菌株的黑麦草品种被农民迅速采用。在乳制品业评估表明，感染AR1的黑麦草在产生与标准内生菌感染黑麦草相似的牧场产量的同时，还提供了产奶量的小幅改善，且放牧动物中没有黑麦草蹒跚症发生。随后出现了许多其他新型菌株，它们在昆虫抗性方面具有不同的特性，同时将动物健康和福利问题降至最低。这项工作最显著的成果是Epichlo?菌株AR37的开发。该内生菌已被证明能显著增加多年生黑麦草的产量，与标准Epichlo?菌株相比，全国增产约12%，在新西兰北部地区四年内增产高达37%。最近的评估报告，相对于AR1和无内生菌品种，产量分别增加了高达33%和55%。此外，AR37赋予了对影响黑麦草的六种主要昆虫害虫中的
