十字花科黑腐病菌hrp基因致病功能分析

通过对Xcc 8004菌株的hrp基因进行逐一敲除,系统研究单个hrp基因对Xcc致病性的贡献。结果表明,9个hrc(hypersensitive response and conserved)基因单独突变后在满身红萝卜上的致病性和在辣椒ECW-10R上激发HR的能力完全丧失;9个hrp基因中,hrpW突变后在辣椒ECW-10R上仍能产生HR,满身红萝卜上致病性减弱,其余hrp基因突变后致病性和过敏反应均丧失;4个hpa(hrp associated protein)基因突变后,hpaA和hpaB突变体完全丧失在满身红萝卜上的毒性也不能在辣椒ECW-10R上引起HR,hpa1和hpaP突变后致病性和HR显著减弱。另外,通过RT-PCR对Xcc 8004 hrp基因簇的每个基因受hrpX和hrpG的调控情况进行分析,结果表明所有hrp基因在不同程度上都受到hrpG、hrpX的正向调控。     

十字花科黑腐病菌IV型分泌系统的诱导表达与抗逆功能分析

 细菌通过IV型分泌系统(Type IV Secretion System, T4SS)的接合系统、效应物转运系统和释放/吸收系统3个子家族进行DNA、蛋白质及毒素的分泌和转运。十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc)是一种重要的植物病原菌,也是研究植物病原细菌与植物相互作用机理的模式细菌之一。本研究通过检测Xcc 8004野生型菌株和T4SS突变体在不同条件下的生长、诱导情况及对过敏反应的影响发现:T4SS不影响在培养基中的生长,与野生型菌株相比,T4SS突变体在非寄主辣椒ECW-10R上的过敏反应减弱;T4SS相关基因受基本培养基MMX诱导表达,且与Ni²⁺、H₂O₂、Phenol等抗逆相关。推测T4SS相关基因在该病原菌的接触、识别阶段起作用。     

十字花科黑腐病菌纤维素酶主效基因XC0639 CBD结构域功能的分析

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv. campestris,Xcc)几乎能引起所有十字花科植物产生黑腐病[1]。该菌是研究植物与病原微生物互作的模式菌株之一[2]。植物病原菌在侵染宿主植物时需要先降解植物细胞的细胞壁,纤维素和半纤维素是细胞壁的主要成分。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一类复合酶,主要由内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶以及β-葡萄糖苷酶3类酶组成,三者作用方式不同,但能协同催化水解纤维素[3]。     

十字花科黑腐病菌中一个假定蛋白基因XC_3605与致病相关

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是全球范围内能引起十字花科植物黑腐病的重要植物病原细菌,也是研究植物病原细菌与植物互作机制的模式细菌。利用自杀质粒pK18mobsacB诱变十字花科黑腐病菌Xcc 8004的XC_3605基因,获得缺失突变体D3605。表型分析发现D3605胞外多糖合成能力、游动能力及致病力显著降低,积聚形成生物被膜的能力增强。用带有全长XC_3605基因序列的pLAFRJ对D3605进行功能互补,其胞外多糖产量、游动性、致病力和生物被膜均得到恢复。研究结果表明,XC_3605基因在十字花科黑腐病菌致病过程中发挥作用。     

一个用于鉴定十字花科黑腐病菌Ⅲ型效应物分泌与转运的报告质粒的构建

 通过免疫检测的方法鉴定十字花科黑腐病菌(Xcc)Ⅲ型效应物的分泌和转运,将cyaA基因克隆至带有3×FLAG的pJXG载体上,构建带有3×FLAG和cyaA基因的报告质粒pJAA,并用已鉴定为Ⅲ型效应物的XC_1553启动子区信号区验证该报告质粒。将pJAA1553三亲导入Xcc 8004^*和8004^*ΔhrcV,然后通过Western blotting免疫检测XC_1553的分泌,结果在8004^*/pJAA1553的胞外蛋白中检测到了XC_1553的分泌,而在8004^*ΔhrcV/pJAA1553的胞外蛋白中没有检测到XC_1553的分泌。通过免疫反应定量检测8004^*/pJAA1553和8004^*ΔhrcV/pJAA1553侵染后植物体内的cAMP含量,结果发现8004^*/pJAA1553侵染后植物体内的cAMP含量比8004^*ΔhrcV/pJAA1553侵染后植物体内的cAMP含量高15倍。结果表明,报告质粒pJAA能够应用于鉴定十字花科黑腐病菌的Ⅲ型效应物。     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

寄主植物中抑制十字花科黑腐病菌Ⅲ型分泌系统小分子化合物的鉴定

 寻找抑制植物病原菌III型分泌系统的植物源活性小分子化合物,是研发生物安全农药的重要途径之一。本研究采用水煮提取法从十字花科黑腐病菌寄主植物满身红萝卜中提取分离活性小分子化合物,利用高效液相-质谱联用解析出活性物质的单体结构。然后用荧光素酶基因luxAB构建融合报告系统以及定量PCR检测活性物质对十字花科黑腐病菌III型分泌系统的抑制效果,最后采用剪叶接种和压渗接种的方法研究活性小分子物质对十字花科黑腐病菌的生防作用。研究表明,植物鞘氨醇和二氢鞘氨醇对十字花科黑腐病菌III型分泌系统基因的转录表达有一定程度的抑制作用,但是对I、II、IV型分泌系统基因的表达没有明显的抑制作用。植物鞘氨醇在XCM1上影响菌的生长,而二氢鞘氨醇不影响菌的生长。同时,还发现这两种物质能显著降低Xcc在寄主植株满身红萝卜上的病害症状以及能够使Xcc在非寄主植物辣椒上引起过敏反应的能力丧失。该研究结果为深入研究小分子化合物对十字花科黑腐病菌III型分泌系统的作用机制及后续开发植物源抑制剂提供了一定的理论依据。     

水稻白叶枯病菌群体感应系统对T3SS基因表达的调控作用分析

 为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)利用DSF信号群体感应(QS)系统对毒性表达进行调控的机理,本研究对编码QS的rpf基因进行了分子鉴定, 分析了Δrpf基因突变体在水稻叶组织中的种群量变化, 利用RT-qPCR方法定量测定了编码T3SS的hrp基因转录本以及rpf基因自身表达。结果表明,rpfF、rpfC和rpfG基因与几种主要植物病原黄单胞菌同源序列高度保守;RpfF是烯脂酰辅酶A水合酶家族成员之一,RpfC含有组氨酸磷酸激酶结构域(HisKA)和磷酸受体结构域(REC),RpfG含有REC和HD-GYP结构域;Δrpf突变体在水稻叶组织中的种群量及其扩展能力均明显下降; hrp基因转录显著地受到QS调控;rpf基因表达与Xoo种群密度密切相关。因此,Xoo QS系统显著地调控了hrp基因的表达,在QS与T3SS表达之间存在一个信号通路。     

桃褐腐病菌(Monilinia fructicola)对3种杀菌剂的敏感性

采用生长速率法测定了采自北京平谷区3个桃园的125株桃褐腐病菌对甲基硫菌灵、戊唑醇和异菌脲3种杀菌剂的敏感性,发现甲基硫菌灵对桃褐腐病菌的EC50主要分布在1.0×10^-5～0.2μg/mL,戊唑醇对桃褐腐病菌的EC₅₀主要分布在0.006～0.022μg/mL之间。异菌脲对桃褐腐病菌的EC₅₀主要分布在0.15～0.55μg/mL之间。研究结果表明,北京地区的桃褐腐病菌对这3种杀菌剂都比较敏感,未产生明显的抗药群体。建立了褐腐病菌对异菌脲抗药性的敏感基线。而且,数据分析表明:甲基硫菌灵、戊唑醇和异菌脲之间均不存在交互抗性。     

两种植物病原黄单胞菌基因组中同义密码子使用的分析

 根据已释放的基因组序列,对野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv. campestris,Xcc)和地毯草黄单胞菌柑桔致病变种(X. axonopodis pv. citri,Xac)的密码子使用进行了分析。相对同义密码子使用值(relative synonymous codon usage,RSCU)的计算表明,它们具有高度相似的密码子使用模式。2个基因组密码子第3位的GC含量(GC3s)平均达0.806±0.077(Xcc)和0.791±0.075(Xac),倾向于使用GC含量较高的密码子。对有效密码子数量和密码子适应指数的分析表明,Xcc与Xac基因组中,高表达基因具有较高的GC含量,倾向于使用少数种类的密码子,而低表达基因具有较高的AT含量,倾向于随机地使用密码子。对密码子使用绝对次数进行的对应分析也证明了上述结论。同时,计算也证明了基因在基因组中的位置不影响密码子使用的模式。因此,基因组的GC含量、基因的表达水平和基因的种类与起源是影响这2个基因组密码子使用的主要因素。     

水稻条斑病菌hrpB1基因决定寄主致病性和非寄主过敏反应的功能研究

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola,Xoc)的hrp基因决定了病原菌在非寄主植物上的过敏反应(hypersensitive response,HR)和在寄主植物上的致病性(pathogenicity),基因产物形成Ⅲ型分泌系统(type-Ⅲ secretion system,T3SS)将致病性效应分子注入寄主细胞从而引起水稻产生抗病性或者感病性反应。以位于hrpB操纵单元的首个hr-pB1基因为对象,通过基因敲除方式对其进行了突变,发现hrpB1突变体丧失了在水稻上的致病性和在烟草上激发HR的能力,并且在水稻组织中的生长能力显著降低。RT-PCR测定结果表明,hrpB1的转录表达受HrpG和HrpX的正调控。免疫杂交结果显示,HrpB1蛋白可通过T3SS进行分泌。这些结果不仅明确了hrpB1基因在病原菌致病性中的功能,而且提示了hrp结构基因不仅仅局限于形成Ⅲ型分泌系统,部分hrp基因产物本身也通过Ⅲ型系统分泌到胞外,并且可能起到效应分子的功能。     

木薯细菌性萎蔫病菌的检疫方法研究

本文对木薯细菌性萎蔫病菌的致病性测定、细菌的分离、细菌的培养条件和培养基选择、细菌的生理生化测定、分子生物学鉴定方法等方面进行了系统研究，确定了该病菌的菌落鉴定特征，建立了从木薯繁殖材料上进行病原菌检测的快速、灵敏、准确的PCR检测方法。     

水稻条斑病细菌类Harpin蛋白的纯化与特性研究

 用硫酸铵沉淀、制备等电聚焦电泳、阴离子交换层析等方法从水稻条斑病细菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola,Xooc) RS105菌株突变体M51菌体破碎液中纯化出可激发烟草产生过敏性反应(hypersensitive response,HR)的蛋白类物质,分子量约为25.5 kDa。该物质与梨火疫病菌(Erwinia amylovora))的HarpinEa和水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)的Harpin_Xoo具有相似的生物活性和理化特性:可激发烟草产生典型的HR反应;对热稳定,对蛋白酶K敏感;RNA转录抑制剂放线菌素D、蛋白质合成抑制剂环己酰亚铵和钙离子通道阻断剂氯化镧能够抑制该物质激发烟草产生HR;该物质具有诱导烟草抗TMV的功能。据此,将该物质命名为类Harpin蛋白(Harpin-like protein,HLP_Xooc)。     

Rapd Pcr-based differentiation of Xanthomonas campestris pv. phaseoli and Xanthomonas campestris pv. phaseoli var. fuscans

A RAPD PCR-based method was used to differentiate between isolates of Xanthomonas campestris pv. phaseoli and Xanthomonas campestris pv. phaseoli var. fuscans. Using random primer OP-G11, a single, high intensity band of 820 bp was amplified from DNAs of all X. c. pv. phaseoli var. fuscans isolates, while multiple amplification products of varying sizes were generated from X. c. pv. phaseoli DNAs. Whereas RAPD PCR differentiation gave an unambiguous result in under 4 h, standard differentiation by recording the production of a brown pigment by X. c. pv. phaseoli var. fuscans isolates took up to 7 days and showed variation both between isolates and between media. The unequivocal nature of the RAPD PCR method was demonstrated when isolate 408, originally classified as X. c. pv. phaseoli var. fuscans, failed to produce the 820 bp band typical of X. c. pv. phaseoli var. fuscans isolates, and after also failing to produce a brown pigment, was re-classified as X. c. pv. phaseoli.     

芒果细菌性黑斑病菌在不同场所的存活期

选择芒果细菌性黑斑病菌(Xanthomonas campestris pv.mangiferaeindicae,Xcm)抗利福平菌株RifXcm,通过人工模拟接种试验,采用半选择性平板分离、菌落PCR和常规PCR方法,研究该病原细菌在芒果叶片、土壤和水中的存活期,并对其能否作为侵染源进行了评价。结果表明,芒果细菌性黑斑病菌在芒果叶片病斑内可存活5~6个月,是此病发生最主要的侵染源。病原菌在土壤和自然水中的存活期有限,其中以含芒果残体土壤中的病原菌存活期最长(49~63d),但也没有超过3个月,因此年前存在于这些场所的病原菌均不可能成为第2年的初侵染源。     

Bacterial Leaf Spot of Ivy Caused by Xanthomonas campestris pv. hederae

A bacterial leaf spot disease was observed on Hedera helix (English ivy) and H. canariensis (Algerian ivy) in Japan. The causal agent was identified as Xanthomonas campestris pv. hederae (Arnaud 1920) Dye 1978. Received 13 May 2002/ Accepted in revised form 3 July 2002     

The Xanthomonas oryzae pv. oryzae type IV pilus alignment subcomplex protein PilN contributes to regulation of bacterial surface-associated behaviours and T3SS system

The gram-negative plant pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is able to infect the host rice and effectively colonize in vascular tissues. The type IV pilus (T4P) is one of the major virulence factors playing an important role in migration of Xoo through host vascular tissues. Here, we identified PilN, a T4P alignment subcomplex protein, which is involved in regulation of swimming motility, and analysed its contribution to bacterial surface-associated behaviours and virulence. We found that the pilN deletion mutant exhibited dramatically reduced twitching motility and scarcely detectable levels of T4P major pili PilA, as well as enhanced biofilm formation and exopolysaccharide (EPS) production. In addition, deletion of the pilN gene in Xoo resulted in impaired virulence in host rice and attenuated type III secretion system (T3SS) genes expression, which is independent of PilA assembly. Expression of the relevant pilN gene in trans was capable of restoring twitching motility and biofilm formation to the wild-type levels in the pilN mutant but partially recovering EPS production and virulence. Moreover, the expression of trh and xrvA genes, which encode the HrpG positive regulators, was decreased in the pilN mutant. Our results suggest that PilN executes versatile functions in bacterial virulence and cell surface-associated behaviours.