农药快讯:2019年第23期
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作物抗病基因工程新进展——利用细菌素抵抗作物细菌病害
更新时间:2019-12-18 点击量:1415

丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae,Ps)是一种革兰氏阴性植物病原菌。Ps复合种由50多种已知的致病变种(pv.)组成,包括番茄、豆类和烟草在内的许多重要农作物疾病,如斑点病、枯萎病和细菌斑点病。由于商业作物品种缺乏遗传多样性,Ps病原菌可以迅速传播。最近的一个例子是由Ps-pv引起的猕猴桃上溃疡病的流行,正在对全球猕猴桃产业造成巨大损害,在新西兰37%的猕猴桃果园中检测到溃疡病。

 

目前,使用化学物质如铜盐或抗生素保护作物免受Ps细菌病原体侵害的成效有限,并且其可能对环境产生不利影响,并促进细菌种群的耐药性进化。通过在烟草和番茄中引入抗病基因EFR,能够成功地为植株提供抗Ps能力,但可用于商业作物的合适自然抗性基因的多样性明显不足。另有许多研究报道了抗菌肽(AMPs)等新型肽来赋予植株病原体抗性的策略。但是,与体外表达相比,AMPs在植株体内的活性并不稳定,这主要是由于盐浓度、蛋白酶降解和酚类化合物的抑制等因素。此外,AMPs对机体中常见的二价阳离子(如Ca2、Mg2)敏感,大大降低其抗病功效。因此,迫切需要开发新技术,将抗病性引入作物中,以保护它们免受Ps等植物病原体的侵害。

 

Ps作为大型的复合种意味着单个Ps物种面临巨大的选择压力,需要相应机制来消除其环境生态位中的物种间和物种内竞争。消除竞争菌株的一种机制是产生细菌素,细菌素是一种窄谱、蛋白质类抗生素,可以靶向杀死相关的细菌种类。细菌素由于其在低浓度下的高靶向性使其能够为作物提供抵御特定细菌病原体的能力,同时对更广泛的微生物群落的影响微乎其微。

 

当前在假单胞菌属(Pseudomonas spp.)中已鉴定出多种有价值的细菌素,包括30 kDa凝集素样细菌素putidacin L1(PL1),该细菌素对Ps致病变种pv.Syringae,lachrymansmorsprunorum非常有效。凝集素类细菌素与细菌表面脂多糖(LPS)中含有D-鼠李糖的寡糖结合,这种结合促进了PL1在细胞表面的对接及其与外膜插入酶BamA的相互作用,通过未知的机制导致细胞死亡。具有抗大肠杆菌、沙门氏菌和铜绿假单胞菌活性的细菌素已在植物中表达,目的是将其用作治疗人类细菌感染的手段。这表明PL1等细菌素可以在植物体中以活性形式表达,以保护植物免受Ps感染。但目前尚未有在植物中表达细菌素以增强植物病原菌抗性的研究报道。

 

近日,Plant Biotechnology Journal在线发表了英国格拉斯哥大学Joel J. Milner课题组的研究报道Engineering bacteriocin-mediated resistance against the plant pathogen pseudomonas syringae。该研究证明活性细菌素PL1可以在烟草和拟南芥中高效表达。

 

PL1在本生烟草的瞬时表达及在拟南芥中的稳定表达,能够使植株具备对PL1敏感的Ps菌株定量和定性的抗病性。此外,研究发现与PL1不敏感/耐受相关的突变与脂多糖生物合成机制有关,对PL1耐受性增强的Ps突变体仍然不能诱导转基因植物的疾病症状。植物细菌素的转基因表达可以对植物病原菌Ps产生强大的抗病性。    (来源:植物生物技术Pbj)

 

农药快讯, 2019 (23): 6.

tag: 丁香假单胞菌;细菌病害;基因工程  

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