植物青枯菌Po82菌株Ⅵ型分泌系统中hcp基因的克隆及其功能研究

Ⅵ型分泌系统(typeⅥsecretion system,T6SS)是新近报道的细菌蛋白分泌系统。基于植物青枯菌致病力分化菌株Po82的全基因组测序结果,发现其大质粒中存在T6SS的同源基因簇。本文通过基因敲除的方法构建了Po82菌株Ⅵ型分泌系统中的核心基因—hcp基因的缺失突变株,并比对了Po82野生型菌株、突变株及互补菌株在致病性、生长速率、运动性、生物膜形成等方面的变化。结果表明,hcp基因突变株较野生型菌株致病力显著减弱,病程延长;在生长速率、运动性及生物膜形成方面,突变株较野生型无明显差异。说明植物青枯菌Po82菌株T6SS中的hcp基因参与了细菌的致病过程。     

青枯雷尔氏菌无致病力hrpB突变菌株的纯化分离及其异质性研究

获得纯度高的青枯雷尔氏菌无致病力菌株,是研发青枯病植物疫苗和防治青枯病害的一种新途径。作者以青枯雷尔氏菌强致病力菌株FJAT-91为出发菌株,通过对hrpB基因敲除,获得无致病力突变菌株FJAT-91ΔhrpB。高效离子交换色谱分离结果表明:FJAT-91和FJAT-91ΔhrpB色谱峰型不同,主要表现在峰的保留时间上,FJAT-91只有单一色谱峰,保留时间为6 min;FJAT-91ΔhrpB有P_1和P_2 2个色谱峰,保留时间分别为0.6 min和4.5 min。利用高效离子交换色谱对FJAT-91ΔhrpB进行纯化,获得只有P_1峰的高纯度菌株FJAT-91ΔhrpB-P。FJAT-91ΔhrpB和FJAT-91ΔhrpB-P与其出发菌株FJAT-91的菌落和菌体形态差异明显。致病力测定结果表明:FJAT-91接种4 d番茄植株开始发病,10 d发病率达100%;FJAT-91ΔhrpB和FJAT-91ΔhrpB-P接种20 d均未发病。防效试验结果表明:纯化后的菌株FJAT-91ΔhrpB-P对番茄青枯病的防效(81.64%)比未纯化FJAT-91ΔhrpB防效(61.04%)提高了33.75%。本研究获得一株高纯度的青枯雷尔氏菌无致病力突变菌株FJAT-91ΔhrpB-P具有良好的生防潜力。     

青枯菌Po82菌株Ⅵ型分泌系统基因簇功能研究

Ⅵ型分泌系统(typeⅥsecretion system,T6SS)是革兰氏阴性细菌中新近发现的分泌系统,控制细菌的毒性和蛋白泌出。本试验构建了植物青枯菌Po82菌株的T6SS基因簇完全缺失菌株,从全局水平初步分析了T6SS的功能。与野生型菌株相比,T6SS基因簇的缺失导致了突变菌株运动能力显著增强,在接种前期突变株病情指数明显下降;通过qRT-PCR分析Ⅲ型分泌系统效应子基因,其中popA、popB和popP基因表达量上调,而popC表达水平下调。T6SS基因簇的缺失影响了Po82菌株的运动能力和Ⅲ型效应子基因的表达,使得Po82病程延长。这些结果说明,T6SS参与青枯菌的致病过程,且T6SS与T3SS之间有复杂的未知调控关系。     

西瓜噬酸菌Ⅲ型分泌系统hrcS基因功能分析

为明确编码Ⅲ型分泌系统（typeⅢsecretion system,T3SS）中重要核心蛋白的hrcS基因对西瓜噬酸菌Acidovorax citrulli致病力的影响,以西瓜噬酸菌野生型菌株Aac5为对象,通过基因敲除构建hrcS基因缺失突变菌株ΔhrcS及其互补菌株ΔhrcS-comp,测定其致病力及致病相关基因表达量、烟草过敏性反应能力、运动能力及运动能力相关基因表达量、生物膜形成能力和离体生长能力。结果显示,与野生型菌株Aac5相比,hrcS基因缺失突变菌株丧失了对寄主的致病能力和引起非寄主烟草过敏性反应能力,运动能力显著增强了191.75%,生物膜形成能力显著下降了43.90%,离体生长能力在达到对数期后呈下降趋势。hrcS基因缺失使西瓜噬酸菌T3SS中hrpG、hrpX和hrpE基因以及鞭毛fliC基因表达量显著上调,分别为野生型菌株的2.27倍、2.38倍、1.26倍和1.77倍,hrcQ基因表达量显著下调,仅为野生型菌株的50.75%。表明hrcS基因在维持西瓜噬酸菌致病能力中发挥着重要作用。     

西瓜噬酸菌hflX基因功能分析

为明确GTP结合蛋白基因hflX在西瓜噬酸菌Acidovorax citrulli中的功能尤其是对该菌致病力的影响,以西瓜噬酸菌Aac5菌株为材料获得hflX基因的缺失突变菌株及互补菌株,通过对致病力等表型以及相关基因表达量的测定初步探究西瓜噬酸菌hflX基因的功能。结果显示,同野生型菌株Aac5相比,缺失突变菌株的致病力显著下降,III型分泌系统基因hrpG和hrpE的表达量显著下调,仅为野生型菌株表达量的54.99%和27.39%;hflX基因的缺失并未影响其引起烟草过敏性坏死反应的能力;但缺失突变菌株的运动能力显著下降,鞭毛基因fliR和fliC的表达量显著下调,仅分别为野生型菌株的37.04%和29.68%。此外,缺失突变菌株的生物膜形成能力相较于野生型菌株显著增强了26.32%,同时,其体外生长能力也有所增强。表明hflX基因可能通过调控III型分泌系统基因hrpG和hrpE、鞭毛基因fliR和fliC的表达以及运动能力来影响西瓜噬酸菌Aac5菌株的致病力。     

青枯雷尔氏菌温度相关致病基因yqhE功能研究

不同温度下青枯雷尔氏菌表达谱PPI网络分析发现，yqhE可能是青枯雷尔氏菌新的温度相关致病基因。克隆青枯雷尔氏菌CBM613的yqhE基因，结果发现该基因长度为831 bp，共编码276个氨基酸。基因敲除结果显示，28℃培养的yqhE突变株较野生型菌株致病力降低，病程延长，但并未彻底丧失致病力。20℃和28℃培养的yqhE突变株维生素C的生物合成皆被抑制；与28℃相比，20℃培养下野生型菌株维生素C的合成能力降低。突变株在20℃和28℃培养下甲基乙二醛（MG）和丙二醛（MDA）明显积累，其中20℃积累更多；20℃培养的野生型菌株MG和MDA比28℃积累更多。维生素C的生物合成被抑制导致青枯雷尔氏菌自由基清除能力减弱与氧化应激反应增强，MG和MDA积累产生细胞毒性，上述结果可能与28℃培养的突变株致病力减弱，20℃培养的野生型菌株致病力丧失有关。综上结果表明yqhE是青枯雷尔氏菌温度相关致病基因。     

西瓜噬酸菌铜代谢相关基因copZ功能分析

 瓜类细菌性果斑病(Bacterial fruit blotch,BFB)病原菌为西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli,Ac),主要为害西瓜、甜瓜等葫芦科作物,是瓜类生产上主要细菌性病害。目前生产上对该病害的防治手段主要以化学防治为主,其中铜制剂的防治效果较为显著。本研究以西瓜噬酸菌野生型菌株Aac-5中铜代谢相关基因copZ为对象,探究copZ基因缺失对西瓜噬酸菌抗铜性、生长能力等表型的影响;采用RT-qPCR技术测定在不添加和添加外源铜离子条件下,基因copZ缺失后对其他铜代谢相关基因表达量的影响。成功构建了西瓜噬酸菌copZ基因缺失突变菌株ΔcopZ和互补菌株ΔcopZ-comp。结果表明,野生型菌株Aac-5与ΔcopZ-comp菌株在添加1.25 mmol·L^-1 CuSO₄的生长能力与不添加CuSO₄相似,而ΔcopZ菌株的生长能力减弱;当添加CuSO₄至2.50 mmol·L^-1时,野生型菌株Aac-5、ΔcopZ菌株和ΔcopZ-comp菌株的生长能力均减弱。基因copZ缺失在不含铜和含铜条件下均能使西瓜噬酸菌生物膜形成能力减弱;在不含铜条件下基因copZ不影响西瓜噬酸菌的运动能力,在含有1.25 mmol·L^-1 CuSO₄的运动性培养基中各菌株运动能力丧失。ΔcopZ菌株在西瓜子叶内的生长能力相较于野生型菌株Aac-5显著增强,但在西瓜幼苗上的致病力差异不显著,仍具有引起烟草过敏性反应的能力。在不同铜浓度处理后,铜代谢相关基因cueR、copA表达量在野生型菌株中的变化趋势与ΔcopZ菌株存在差异;基因cusA、hylD在野生型菌株中表达量变化趋势与ΔcopZ菌株一致。这表明基因copZ在西瓜噬酸菌铜代谢过程中具有重要作用。     

青枯雷尔氏菌Ⅲ型分泌系统hrcN基因的功能分析

hrcN是植物病原菌Ⅲ型分泌系统基因（T3SS）的结构基因之一,对病原菌的致病力有重要影响。本研究克隆青枯雷尔氏菌CBM613的hrcN基因并作生物信息学分析,结果显示该基因长度为1320 bp,共编码439个氨基酸,预测HrcN蛋白无信号肽,无跨膜区域,整体呈弱亲水性,该蛋白为ATP酶,定位于细胞内膜和细胞质。基因敲除结果显示,菌株CBM613的hrcN突变体与野生型菌株在富营养培养基上的生长速率差异不明显,而在贫营养培养基上前者的生长速率显著快于后者。敲除hrcN基因后,青枯雷尔氏菌的运动能力无明显变化,生物被膜形成能力显著降低。以敲除突变型和野生型青枯雷尔氏菌株接种番茄,与后者相比,前者的致病力下降,病情指数降低,病程延长,但并未完全丧失致病力,表明hrcN基因是青枯雷尔氏菌致病性相关的重要基因。本研究为进一步探索青枯雷尔氏菌致病机制及防治具有重要意义。     

西瓜噬酸菌Aac-5AAA ATPases基因moxR和ruvB功能研究

AAA ATPases(ATPase associated with diverse cellular activities)是一种与细胞活性相关的酶,广泛存在于所有生物中,同时具有蛋白酶和分子伴侣活性。为了研究AAA ATPases相关基因缺失对西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli)的影响,本研究通过同源重组双交换的方法构建西瓜噬酸菌moxR基因以及ruv B基因全缺失突变菌株及互补菌株,测定了突变菌株的致病性、烟草过敏反应、运动性、生长能力、生物膜形成等;并利用实时荧光定量PCR方法测定了AAA ATPases与Ⅲ型分泌系统相关基因(hrc N和hrp E)、毒性蛋白相关基因(trb C和vir B)、鞭毛相关基因(fliR和fli M)、菌毛相关基因(pin C-1和pin C-2)以及AAA ATPases亚家族Ruv B相关基因(ruv A和ruv C)的关系。结果表明,moxR基因以及ruv B基因全缺失突变菌株的致病力降低、运动性减弱、生长能力下降、生物膜形成能力增强、烟草过敏性反应减弱、突变菌株中重要的致病基因hrc N和hrp E表达量显著下调,表明AAA ATPases相关基因moxR、ruv B在西瓜噬酸菌的致病力上发挥重要作用。     

植物青枯菌Ⅵ型分泌系统核心基因vasK突变株的构建及其致病性的测定

［目的］ 通过测试vasK基因突变株对番茄的致病力变化,评价该基因在青枯菌致病过程中的作用。［方法］根据青枯菌(Ralstonia solanacearum)中存在的Ⅵ型分泌系统基因簇中的核心基因vasK序列设计PCR引物,扩增并克隆vasK基因,将庆大霉素抗性基因(Gm)插入vasK基因内部,克隆至自杀质粒pK18mobsacB中,获得重组自杀质粒pK18 vasK Gm。将自杀质粒电转化至青枯菌GMI1000感受态细胞中,采用同源重组双交换法,将野生型vasK基因置换。对vasK基因突变菌株进行三步筛选和PCR扩增鉴定。［结果］ 筛选获得了具有庆大霉素抗性的目标基因被抗性基因替换的青枯菌突变株(GMI1000 m)。土壤接种番茄青枯菌结果显示,突变株GMI1000 m的致病性较野生型GMI1000明显下降。［结论］vasK基因在青枯菌致病过程中具有重要作用。     

棉花黄萎病菌低致病力突变体的表型分析及致病相关基因克隆

 本研究通过对菌核型强致病力菌株Vd080产生的800个T-DNA插入突变体进行致病力测定,筛选得到31株致病力极显著降低的突变体,并对其进行了生物学性状分析。分子验证结果表明,这些低致病力突变体均为阳性,且有25株的T-DNA为单拷贝插入。与野生型菌株Vd080相比,这25株低致病力突变体菌落形态变异丰富,除了8株与野生型菌株形态一致的菌核型突变体外,还有3株黄色菌丝型,2株白色菌丝型和12株中间型突变体。此外,多数突变体的生长速率、产孢量和粗毒素产量都发生了显著变化,且各生理指标之间并无明显相关性。借助TAIL-PCR技术和VdLs.17的基因组数据库,进一步获得了这25株单拷贝插入低致病力突变体T-DNA的侧翼序列,并从Vd080中成功克隆得到了影响黄萎病菌致病力的相关基因。     

植物青枯病原细菌胞外蛋白相关基因的克隆

 用含有转座子Tn5的铜绿假单胞杆菌PAO1826(pMO75∷Tn5,Km^r)诱变我国马铃薯青枯菌小种3号菌株PO41,获得6000多个胞外多糖正常产生的接合子。经SDS-PAGE电泳,筛选出2个胞外蛋白减少9种的突变株PM2644和PM239,其可以引起烟草叶片典型的过敏性反应,致病力比野生型菌株显著降低,皆为原养型菌株。Southern杂交的结果表明,突变株染色体上只有1个转座子插入位点。标记交换证明,9种胞外蛋白缺失与转座子插入相偶联的频率为100%。以聚半乳糖醛酸酶和内葡聚糖酶2种胞外酶为指示蛋白进行定量测定的结果表明,在突变株上清液中和菌体细胞内都没有这2种胞外酶的存在。以突变株PM2644为受体菌,通过基因功能互补的方法,从野生型青枯菌基因文库筛选到2个阳性克隆pPSP1和pPSP2,它们既能恢复2个突变株产生胞外蛋白的能力,也能将2个突变株的致病力恢复到接近野生型菌株的水平。     

西瓜噬酸菌中C-di-GMP代谢相关基因Aave_2620的功能研究

 环鸟苷二磷酸(cyclic diguanylate,c-di-GMP)是一种广泛存在于植物病原细菌中的第二信使,调控细菌多种生物学功能,从而影响病原细菌的致病性,但其在西瓜噬酸菌中的研究还未见报道。本实验以Aac5菌株为研究对象,通过构建c-di-GMP代谢相关基因Aave_2620缺失突变株和互补菌株,从其致病能力及其生长能力两部分进行测定,探究此信号途径是否在西瓜噬酸菌中调控致病机制。结果表明,基因Aave_2620的缺失显著降低Aac5菌株致病力、生物膜形成能力和生长能力,减弱烟草过敏性反应以及运动能力,互补菌株表型基本得到恢复。基因Aave_2620的缺失显著影响三型分泌系统相关基因、毒性相关基因以及鞭毛及趋化性相关基因在西瓜噬酸菌中的表达量。以上结果表明c-di-GMP代谢相关基因Aave_2620与西瓜噬酸菌的致病密切相关。     

产酶溶杆菌OH11菌株胞外酶调控相关基因ctp的克隆及功能的初步分析

利用mariner转座子对产酶溶杆菌Lysobacter enzymogenes OH11进行转座诱变,构建菌株OH11的突变体文库.筛选到1株4种胞外酶(蛋白酶、纤维素酶、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶)产生均减少的突变株D-11.通过亚克隆,鉴定转座子的插入位点,涉及1个羧基末端蛋白酶(carboxy-terminal protease)编码基因ctp.通过同源重组的方法对该基因进行敲除,对缺失突变体Δctp表型分析发现:(1)Δctp与野生型OH11在营养丰富型(2YT)与营养缺陷型(MMX)培养基中生长速率基本一致;(2)Δctp降低了蛋白酶、纤维素酶和β-1,3-葡聚糖酶的产生,但不影响几丁质酶的产生;(3)Δctp生物膜的产生量明显减少.研究还表明,突变体基本不改变其对油菜菌核病菌Sclerotinia sclerotiorum、水稻纹枯病菌Rhizoctonia solani和辣椒疫霉病菌Phytophthora capsici的拮抗能力.互补菌株均恢复了野生型的相关功能.     

青枯假单胞菌的运动性及其在侵染过程中的作用

 本研究调查了分离自不同寄主植物的107株青枯假单胞菌(简称青枯菌,Pseudomonas solanacearum E.F.Smith)野生型菌株,发现30株野生型菌株具有十分明显的游泳运动性和爬行运动性。这是运动性青枯菌野生型菌株的首次发现。     

武夷菌素生物合成调控基因wysPⅢ的功能

为了深入研究武夷菌素生物合成调控机理,通过筛选对武夷菌素产量有影响的基因,明确基因的功能,利用分子育种技术来获得武夷菌素高产菌株。本研究通过基因敲除和过表达技术,获得了wysPⅢ基因的缺失突变株、互补菌株和过表达菌株,验证了该基因在武夷菌素生物合成过程中的功能和武夷菌素产量的关系。结果表明:wysPⅢ基因的过表达菌株生长速率加快,产孢时间提前,而缺失突变株较野生菌株生长变慢,产孢量下降,孢子颜色由正常的深灰色变为灰白色,菌丝变稀疏,但是构建好的菌株与野生型菌株相比,武夷菌素产量没有显著变化。由此可知:wysPⅢ基因调节菌株的生长和产孢特征,而不影响武夷菌素的产量,过表达菌株生长速率加快可缩短武夷菌素发酵时间,降低生产成本。     

我国长江流域和南方地区花生青枯菌遗传多样性分析

为明确不同青枯菌的遗传多样性和其在花生植株上的致病力差异,采用国际上新的青枯菌演化型分类模式,对从我国长江流域和南方地区9个花生种植区分离的95株花生青枯菌Ralstonia solanacearum菌株进行遗传多样性分析,基于内源葡聚糖酶基因egl对青枯菌进行系统发育研究,并对供试青枯菌的致病力进行测定。结果表明,所有95株菌株均属于青枯菌演化型I型,即亚洲分支类型。在序列变种分类上,所检测的9个花生种植区中有8个种植区的花生青枯菌菌株属于序列变种14,仅有1个种植区(广西壮族自治区贺州市)的花生青枯菌菌株属于序列变种48,表明我国长江流域和南方地区花生青枯菌群体遗传多样性水平较低。青枯菌致病力测定结果表明,来自赣州市的菌株GZ-1、贺州市的菌株HZ-2和宜昌市的菌株YC接种到花生植株14 d后,花生的病情指数分别为43.8、75.0和87.5,而来自其它6个花生种植区的菌株接种花生后,其病情指数均为100.0,表明菌株GZ-1和HZ-2的致病力较弱,而其它7个花生种植区代表性菌株的致病力均较强。     

瓜类细菌性果斑病菌hrcN基因的生物学功能分析

以分离自西瓜上的Aac5菌株为例,通过同源重组的方法,构建了hrc N基因插入缺失突变体,通过PCR方法和Southern blot验证突变菌株,对突变体进行致病性、致敏性、生长曲线和运动性测定。为明确hrc N基因与其他基因的关系,通过实时荧光定量PCR法定量检测了hrp A、hrc V、hrc U、Lux I、LuxR 5个基因的表达量。结果显示:与野生型相比,突变体致病力和致敏性明显减弱,致病时间延迟,群体感应信号减弱,生长能力明显下降,运动性减弱,互补菌株只能恢复部分功能;5个基因在突变体中的表达量均上调,hrc N基因与这5个基因之间均为负调控关系。说明hrc N基因在果斑病菌致病能力上发挥重要作用。     

青枯菌GMI1000效应蛋白RipQ对致病力的作用研究

 青枯菌通过Ⅲ型分泌系统向寄主植物细胞分泌100多种效应蛋白,对寄主植物的抗感病性产生影响。青枯菌效应蛋白RipQ启动子区存在典型的HrpB识别序列PIP box (5′-TTCGG-N15-TTCGC-3′),但其功能尚未明确。本研究分析了RipQ在青枯菌4种演化型菌株中的分布情况。以青枯菌GMI1000为出发菌,构建ripQ缺失突变体和过表达菌株,研究效应蛋白RipQ在青枯菌-番茄植物互作中的功能。结果显示,ripQ广泛分布于除演化型IV的不同青枯菌类群中。与野生型菌株相比,ripQ突变体在番茄上的致病力有一定程度的增强,而ripQ过表达菌株的致病力显著降低。突变体和过表达菌株在培养基中的生长与野生型没有区别,但过表达菌株在番茄体内的繁殖能力下降。RipQ过表达菌株侵染番茄后hrpB、hrpG和epsA基因表达量显著下调,且能够诱导番茄叶片H₂O₂的大量累积,过敏性坏死反应标志基因hin1和水杨酸信号通路标志基因PR1a的诱导表达。另外,在番茄上瞬时表达ripQ也可以观察到H₂O₂积累及叶片细胞坏死,伴随着hin1和PR1a的上调表达。这些结果表明效应蛋白RipQ具有诱导番茄抗性的作用,从而影响青枯菌在番茄植物上的致病力。     

sacB介导的绿针假单胞菌YL-1遗传操作方法

绿针假单胞菌Pseudomonas chlororaphis YL-1是从大豆根围分离获得的，对多种病原细菌和病原真菌有较强抑制作用。为了探明绿针假单胞菌YL-1生防相关基因的功能，本研究以嗜铁素转录调控因子PvdS编码基因为对象，建立了一套基于负选择标记基因sacB的绿针假单胞菌无标记基因敲除技术，构建重组质粒pEX18-pvdS，通过改良的细菌接合转移技术将重组质粒导入野生型菌株YL-1中，利用同源重组技术获得缺失突变株ΔpvdS。生防相关性状研究结果表明，与野生型菌株YL-1相比，突变株ΔpvdS泳动能力和生长能力未发生改变，但是群集运动能力显著下降。同时突变株ΔpvdS合成嗜铁素的能力也显著下降，pvdS基因互补后突变株能恢复合成嗜铁素的功能。本文结果表明，已成功建立了适用于YL-1的基因定向敲除技术和功能基因互补体系，为深入研究YL-1的生防机制奠定了重要基础。