青枯菌噬菌体特征及保护方法研究

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茄科劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum)又称青枯菌,可侵染54个科的450多种植物,严重影响全球农业健康发展。在传统防治措施效果不佳的情况下,以噬菌体为基础的噬菌体疗法显示出巨大应用潜力。但由于青枯菌的种内复杂性和噬菌体的宿主专一性,使得利用噬菌体制剂来防治青枯病还存在障碍。此外作为生物制剂,施用前后噬菌体的活性是影响其防效的重要因素。本文从青枯病作物及根际土壤中分离青枯菌及其噬菌体,研究其生物学特性及基因组,探究施用前后能有效保持噬菌体活性的方法,为开发高效、持久的抗青枯病噬菌体制剂提供新的噬菌体资源和方法。主要研究结果如下:1、从云南省玉溪市、文山州分离获得23株青枯菌。分离的23株青枯菌及LCA817均属于演化型Ⅰ(PhylotypeⅠ)、生化变种3(Biovar 3)、生理小种(Race1),基于egl基因序列的系统发育分析表明其属于Sequevar 12、Sequevar 13、Sequevar14、Sequevar 15、Sequevar 44等5个序列变种,盆栽实验表明菌株WSRS8512、LCA817对烟草有极强致病性与根际定殖能力。2、以分离的青枯菌为宿主,从云南、四川、福建等地患病植株根际土壤中分离获得25株噬菌体,噬菌斑直径为1.0-6.0 mm,宿主域存在差异。对部分噬菌体进行透射电镜观察,YNTP12、WSTP55、FJEP62、PZTP17、YXTP24、WSCP11、WSCP12均属于有尾噬菌体目(Caudovirales)、短尾噬菌体科(Podoviridae)。最佳感染复数(MOI=1)时,WSTP55潜伏期为45 min,裂解期为255 min,爆发量为432 PFU/cell。LCAP1较WSTP55对氯仿、紫外线具有更强耐受性。在p H 5-11下处理2 h后,LCAP1、WSTP55效价未明显损失;在p H 3-4和p H 12-13下噬菌体LCAP1、WSTP55效价较高,WSTP55的酸碱耐受性优于LCAP1。40℃、50℃处理2 h后LCAP1效价无损失,60℃、70℃处理2 h后效价分别降低了3和4 lg值,80℃处理60 min后活性完全丧失。WSTP55效价在40℃下未损失,在50-60℃下均降低了约2 lg值,在70℃下效价仍高达6.02 lg值,80℃处理60 min后效价仍高达4.51 lg值。WSTP55热稳定性更好。3、LCAP1、WSTP55基因组全长分别为45,667、60,961 bp,分别包含61、71个ORFs,GC含量分别为61.63%和65.41%,两者均不包含t RNA编码序列。LCAP1和WSTP55分别注释到52和64个ORFs,其中33、27个基因被注释到具体功能,包括噬菌体结构蛋白、核酸复制、转录、包装、整合酶及裂解酶等。比较基因组学研究表明LCAP1、WSTP55为两株新的青枯菌噬菌体,分别与Ralstonia phage phi RSP、Ralstonia phage Gervaise最相似。4、28℃不适合两株噬菌体的长期保藏,4℃时7%DMSO、SM、PBS缓冲液对LCAP1的保藏效果最好而甘油对WSTP55最好。6个月内-20℃下甘油对两株噬菌体的保藏效果最好且成本优于-80℃。-80℃下,甘油和7%DMSO对两株噬菌体均具有较好的保藏效果,7%DMSO效果优于甘油。另外15%甘油溶液中噬菌体与宿主的共同保藏效果虽然优于脱脂牛奶冻干保藏,但两者均不利于噬菌体保藏。建议短期保藏使用SM缓冲液或7%DMSO于4℃,长期保藏使用SM缓冲液于4℃或7%DMSO、15%甘油于-80℃。5、土壤接种实验表明,不同噬菌体在不同类型土壤(黄壤、黏土、水稻土)中具有不同的存活情况,噬菌体效价随土壤中青枯菌初始含量增加而增加。以磷酸钙、碳酸钙、羟基磷灰石、仿生羟基磷灰石(HA)为吸附剂,28℃下35 d内显著延缓了LCAP1、WSTP55效价损失,具有较好的保护效果。在水稻土中除HA外,其余三种吸附剂对WSTP55的保护效果都较好,以磷酸钙最好。而吸附剂未对在土壤中的LCAP1表现出较好的保护效果。加入吸附剂后未减弱噬菌体的杀菌效果。综上,本文从青枯病害样品中分离获得23株青枯菌,25株青枯菌噬菌体,并对两株噬菌体生物学特性及基因组进行了研究。探究了噬菌体的实验室保藏方法和土壤中的保护措施。这些结果将为抗青枯病噬菌体制剂研制提供新的噬菌体资源和有效的保护方法。
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