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香蕉细菌当中,性软腐病菌致病因素,相关的基因功能研究

2024-03-19科学

前言

香蕉细菌性软腐病是由 Dickeyazeae 引起的毁灭性香蕉病害。近年来,该病害在我国广东、广西和云南等省爆发,严重地影响当地香蕉的生产。该病害的病原菌适应性强、寄主范围广泛,作物一旦发生该病害,往往会给农业生产带来巨大损失。

香蕉生产急需探讨出香蕉细菌性软腐病的防治措施,而对病原菌致病机制的研究是控制该病害的重要前提。

本研究通过构建Tn5随机转座子突变体库筛选出香蕉细菌性软腐病菌MS1致病力相关基因,运用基因敲除、回补等遗传学方法测定了一些致病力相关基因的功能。

分析了分离自不同寄主的 D.zeae 菌株中 sucA、tusA、tusB、tusC、tusD、tusE、mnmA 等基因的同源性和遗传进化特征以及部分菌株的致病力差异;同时,探讨天然产物香芹酚对香蕉细菌性软腐病菌MS1菌株 sucA、tusA、tusB、tusC、tusD、tusE、mnmA 等基因表达以及生理生化的影响。

香蕉细菌性软腐病的危害及其病原

香蕉细菌性软腐病的最初症状是新叶的叶柄部位变黄,随后叶柄会出现塌陷、被病菌侵染的香蕉假茎维管组织呈褐色或黑色,假茎和果柄上可以看到菌液渗出,散发出腐臭味,随着生长点的毁坏,叶片会出现不同程度的黄化和萎蔫,症状出现6到8d后,大部分植株会出现死亡。

香蕉细菌性软腐病菌不仅侵染香蕉的生长点香蕉细菌性软腐病部分外部症状与镰刀菌引起的枯萎病很相似两者都能引起叶片黄化、萎蔫和倒垂等症状,大部分病株死亡后呈枯萎状。两者主要区别在香蕉枯萎病叶片黄化一般从边缘开始。

而香蕉细菌性软腐病菌一般是从新叶的叶柄部位开始软化变黄萎病株剖开可见到假茎和维管束切面病变组织呈黄红色,随着接近茎基部颜色逐渐加深,而香蕉细菌性软腐病株剖面则呈白色至棕色有菌脓和水渍状组织;香蕉细菌性软腐病感染植株后会产生特殊的刺激性腐臭味,而镰刀菌。

引起的枯萎病不会产生这种特殊臭味。的症状也很相似,病害重的植株都导致植株整株死亡,作者在田间调查时曾经将其误认为茎枯病,这2种病害症状的区别是, F.fujikuroi 引起的病害茎上有斑点。

且不能散发出的细菌性软腐病的特殊臭味,室内条件下接种 D.zeae 的植株3-7天发病,而接种藤仓镰刀菌的植株则需10-14天才能发病。

2009年我国广东省报道在香蕉上发生香蕉细菌性软腐病后,福建、云南、海南和广西等省(区)的香蕉种植区也陆续发现该病害的为害,从2010年到2012年,华南地区超过6,000公顷的香蕉种植园受到这种细菌性软腐病害的影响,发病率在20%至90%之间。

广东省番禺、东莞等香蕉种植区进行了香蕉细菌性软腐病田间调查发现,该病害的发病率一般在20%以上而且有逐年加重趋势,有些地块发病率超过70%,甚至造成绝收,同时发现香蕉细菌性软腐病和香蕉枯萎病出现复合侵染的情况。

杜婵娟等发现,香蕉细菌性软腐病在广西北海、玉林等地的一些香蕉种植园的发病率达到20%,病死率则高达70%。

D.zeae的生物学特性

香蕉细菌性软腐病菌( D.zeae )是革兰氏阴性菌,呈杆状,兼性厌氧型,通常通过周生鞭毛活动,能够引起烟草过敏反应,可以在含有可被吸收同化碳源的普通培养基上生长,能有效吸收果胶和多种植物低聚糖,最佳生长温度约为28-32℃。

杜婵娟等发现,香蕉细菌性软腐病菌 D.zeae GR-1菌株最佳生长温度为28℃,pp.5~8.5内能够较好生长,最适为pH7.0。该菌株能产生吲哚不产生pS,不能水解淀粉。

但可以将明胶液化,可分解代谢果糖、棉子糖、蔗糖、木糖、甘露糖、甘露醇,但不能利用山梨醇、乳糖和麦芽糖。

研究发现,香蕉细菌性软腐病菌 D.zeae MS1菌株能产生吲哚,可分解代谢L-阿拉伯糖、肌醇、D-甘露糖、顺乌头酸、D-蜜二糖和甘露醇。

但不能利用D-海藻糖、D-阿拉伯糖醇、B-龙胆二糖和山梨醇。刘琼光等发现,分离于水稻的 D.zeae EC1菌株最佳生长温度32℃,最低生长温度12℃,最高生长温度41℃,53℃处理10分钟致死,pH在5~11范围内均可生长,其中pH7.0最适。

zeae 适应性强,具有广泛的寄主范围,可在热带、亚热带和温带气候下侵染双子叶植物和单子叶植物,除了侵染香蕉引起香蕉细菌性软腐病外,还能引起玉米、水稻、马铃薯、芭蕉芋、菠萝、甘蔗等多种重要作物引起多种植物病害。

香蕉细菌性软腐病的防治

香蕉细菌性软腐病的防治措施主要包括栽培抗病品种、生物防治和药剂防治,通过培育抗病品种利用寄主抗性来防治细菌性软腐病是最经济环保的防治方法。

选取39个我国常见的香蕉种植品种做了软腐病抗性测定试验,结果表明―皇帝蕉‖为高抗品种,「红河矮」为抗病品种,「矮脚遁地蕾」和「龙州中把」为中抗品种,其抗性品种鉴定结果与田间表现出来的抗病性基本保持一致。

对7个较普遍种植的香蕉品种进行细菌性软腐病抗性鉴定试验,结果表明「皇帝蕉」表现出高抗,「大蕉」、「巴西蕉」和「农科1号」表现出中等抗性,而「威廉斯B6」、「广粉」、「金粉」这三个品种为中感品种。

影响种植抗病品种的因素:一是种植抗病品种不能兼顾市场所需的品质,例如一些香蕉抗病品种口感不如感病的粉蕉受消费者喜爱,导致虽然产量高但价格低不受市场认可;二是病原菌遗传分化复杂而且还会不断进化,长期种植单一抗病品种会存在「抗性丧失」风险。

生物防治是病虫害综合治理的重要的支柱,是通过利用自然界的有益生物来控制有害生物种群数量,以达到保护农作物不受损失的一种防治方法。

针对迪基氏菌引起的植物病害,采用生物防治的主要策略包括使用拮抗菌、天敌、群体感应猝灭细菌和诱导植物系统抗性发现噬菌体具有控制由 Dickeyaspp 引起的作物软腐病的潜力,它们能够自我复制、在环境中持久存在、使用安全和不能感染人类和动物。

香芹酚的研究概述

香芹酚是一种疏水性萜烯成分,具有亲脂性,在室温(25°C)下密度为0.976g/ml,存在于牛至、百里香、胡椒、野生佛手柑和其他植物中,香芹酚具有广泛的生物活性,包括抗氧化、抗病毒、抗菌、抗癌和抗螨虫香芹酚对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎链球菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌等具有抑菌作用。

研究发现,香芹酚对表皮葡萄球菌具有抗菌活性和抑制生物被膜形成研究发现,香芹酚对阴沟肠杆菌的MIC为0.5μL/mL,并发现香芹酚能改变细胞膜通透性,使细胞内ATP等物质泄露香芹酚在农业方面的研究也有过少量报道。

安永学等发现,香芹酚可有效防治辣椒白粉病并且能够在一定程度上促进辣椒生长。魏敏等发现,5%香芹酚水剂可有效地防治马铃薯晚疫病,表明香芹酚在病害防控方面具有良好的前景。

香芹酚抗菌活性方面的研究主要集中于医学和食品微生物,对植物病原菌的抗菌研究较少。在前期的研究过程中,本课题组从多种植物源天然产物中筛选出能够抑制香蕉细菌性软腐病菌生长的香芹酚,但其对香蕉细菌性软腐病菌的具体抑菌活性和作用方式尚未明晰。

结论

香蕉是广西、广东、海南、福建和云南等省的主要经济作物,是香蕉种植区农民的主要经济来源,由于香蕉细菌性软腐病的发生制约了香蕉产业的健康可持续发展。

目前,国内外对香蕉细菌性软腐病的研究报道较少,对其致病机制及防治尚未进

行深入的认识。发掘致病力相关基因、明确其致病机制可以为该病害的防治研究奠定基础。

本研究中,以香蕉细菌性软腐病菌MS1为研究材料,运用转座子突变技术构建了Tn5突变体库,结合平板形态和致病性筛选的方法,筛选出致病力减弱突变体,运用基因敲除、回补等遗传学方法进行突变基因功能分析。

并且分析了香蕉细菌性软腐病菌与其它寄主软腐病菌相关基因的遗传进化关系,为深入解析 D.zeae 致病机理提供依据。

本研究还分析了香芹酚对香蕉细菌性软腐病菌MS1 tusA、tusB、tusC、tusD、tusE

等致病相关基因的表达以及对病菌生理生化影响,为寻找新的药剂作用靶标及开发防治细菌性软腐病的新型药剂奠定基础。