有益假单胞菌激发植物免疫反应的机理研究

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利用有益微生物防控植物病害是化学药剂的主要替代手段之一。有益假单胞菌是主要的生物因子,其丰富的类群导致了多样的作用机制。本研究对实验室前期分离的荧光假单胞菌进行了筛选、鉴定,获得了四株可以激发植物免疫反应的有益荧光假单胞菌,并以菌株2270为材料,对其作用机制进行了初步探索主要结果如下:(1)对实验室前期筛选出的27株荧光假单胞菌进行免疫筛选、防病促生功能检测,获得四株(FP1742、FP1935、2270、FP2293)性状良好的有益假单胞菌可以激发植物免疫反应,抑制植物病原菌生长,具有促生性状。(2)利用二代测序技术的Illumina平台手段完成4个菌株的全基因组序列测定,生理生化鉴定、遗传进化分析、平均核苷酸一致性分析(Average nucleotide identity,ANI)以及DNA杂交分析(DNA-DNA hybridization,DDH)表明菌株FP2293为Pseudomonas tolaasii,而FP1742、FP1935、2270为潜在新种。(3)分析全基因组序列发现菌株FP1742、FP1935、FP2293均具有Ⅲ型分泌系统(Type Ⅲ Secretion System,T3SS)组成基因,而菌株2270则没有Ⅲ型分泌系统。FP1742、FP1935、FP2293的T3SS保守结构基因hrcC突变株均丧失了激发植物过敏性坏死免疫反应的能力,证明植物过敏性坏死与T3SS相关。通过antiSMASH预测菌株2270次生代谢产物谱,结果显示其可产生脂肽类物质,其中两个基因簇与已报道P.fluorescens In5的代谢产物corpeptin合成基因具有较高同源性,推测其与激发植物免疫反应相关。(4)通过对corpeptin同源基因进行单基因和多基因敲除,结果显示突变株均不能激发本氏烟细胞坏死,表明该基因簇在菌株2270激发植物细胞坏死中起到关键作用。但是,突变体对病原菌的拮抗能力没有变化。菌株2270能够激发本氏烟活性氧爆发、胼胝质沉积并能诱导免疫相关基因的表达,两个次生代谢物基因突变株不影响激发本氏烟活性氧爆发,但丧失了诱导本氏烟产生胼胝质沉积的能力,同时次生代谢产物可以增强maker基因NbWRK7、NbWRK8、NbHin-1、NbHsr203J的表达。(5)利用病毒介导的基因沉默体系(Virus-induced gene silencing,VIGS)筛选菌株2270参与信号传导途径的相关基因。将野生型菌株2270接种到经pTRV2-C25、pTRV2-C28处理的本氏烟VIGS植株上,丧失了引起细胞坏死的能力,证明菌株2270激发植物免疫的信号传导途径与C25受体激酶、C28亮氨酸重复结构域的蛋白有关。综上所述,有益假单胞菌可以通过T3SS和次生代谢产物激发植物免疫反应。对不同菌株免疫作用机制的研究有助于挖掘有益假单胞菌的生防潜力,将其更好的开发和应用到生物防治中,同时也为探索有益假单胞菌参与植物防御信号的传导途径奠定了基础。
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