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作物抗病基因工程新進展——利用細菌素抵抗作物細菌病害
2019-11-12 10:33:18 來源:農藥快訊信息網 瀏覽:139

丁香假單胞菌(Pseudomonas syringaePs)是一種革蘭氏陰性植物病原菌。Ps復合種由50多種已知的致病變種(pv.)組成,它們包括番茄、豆類和煙草在內的許多重要農作物疾病,如斑點病、枯萎病和細菌斑點病。由于商業作物品種缺乏遺傳多樣性,Ps病原菌可以迅速傳播。最近的一個例子是由Ps-pv引起的獼猴桃上潰瘍病的流行,正在對全球獼猴桃產業造成巨大損害。在新西蘭37%的獼猴桃果園中檢測到潰瘍病,整個行業的總成本可能超過13.3億美元。

 

目前,使用化學物質(如銅鹽或抗生素)保護作物免受Ps細菌病原體侵害的成效有限,并且其可能對環境產生不利影響,并促進細菌種群的耐藥性進化。同時,通過在煙草和番茄中引入抗病基因EFR,能夠成功地為植株提供抗Ps能力但可用于商業作物的合適自然抗性基因的多樣性明顯不足。另有許多研究報道了抗菌肽(AMPs)等新型肽來賦予植株病原體抗性的策略。但是,與體外表達相比,AMPs在植株體內的活性并不穩定,這主要是由于鹽濃度、蛋白酶降解和酚類化合物的抑制等因素造成的。此外,AMPs對機體中常見的二價陽離子Ca2+Mg2+敏感,大大降低其抗病功效。因此,迫切需要開發新技術,將抗病性引入作物中,以保護它們免受Ps等植物病原體的侵害。

 

Ps作為大型的復合種意味著單個Ps物種面臨巨大的選擇壓力,需要相應機制來消除其環境生態位中的物種間和物種內競爭。消除競爭菌株的一種機制是產生細菌素,細菌素是一種窄譜、蛋白質類抗生素,可以靶向殺死相關的細菌種類。細菌素由于其在低濃度下的高靶向性使其能夠為作物提供抵御特定細菌病原體的能力,同時對更廣泛的微生物群落的影響微乎其微。

 

當前在假單胞菌屬(Pseudomonas spp.)中已鑒定出多種有價值的細菌素,包括30kDa凝集素樣細菌素putidacin L1(PL1),該細菌素對Ps致病變種pv.Syringae,lachrymansmorsprunorum非常有效。凝集素類細菌素與細菌表面脂多糖(LPS)中含有D-鼠李糖的寡糖結合,這種結合促進了PL1在細胞表面的對接及其與外膜插入酶BamA的相互作用,通過未知的機制導致細胞死亡。具有抗大腸桿菌、沙門氏菌和銅綠假單胞菌活性的細菌素已在植物中表達,目的是將其用作治療人類細菌感染的手段。這表明PL1等細菌素可以在植物體中以活性形式表達,以保護植物免受Ps感染。但目前尚未有在植物中表達細菌素以增強植物病原菌抗性的研究報道。

 

近日,Plant Biotechnology Journal在線發表了英國格拉斯哥大學Joel J. Milner課題組的研究報道Engineering bacteriocin-mediated resistance against the plant pathogen pseudomonas syringae。該研究證明活性細菌素PL1可以在煙草和擬南芥中高效表達

 

 

PL1在本生煙草的瞬時表達及在擬南芥中的穩定表達,能夠使植株具備對PL1敏感的Ps菌株定量和定性的抗病性。此外,研究發現與PL1不敏感/耐受相關的突變與脂多糖生物合成機制有關,對PL1耐受性增強的Ps突變體仍然不能誘導轉基因植物的疾病癥狀。植物細菌素的轉基因表達可以對植物病原菌Ps產生強大的抗病性

 

PL1在本生煙草中的瞬時表達能夠提高其對相應致病變種的抗性

 

 

在組成性表達PL1的轉基因擬南芥植株中,PL1易感菌株的生長受到抑制

 

原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13294


來源:植物生物技術Pbj

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