假单胞菌W55抑制小麦赤霉病发生的分子机制及应用探索

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:sjh_qj
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小麦赤霉病由以禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)为优势种的镰刀菌复合菌群侵染引起,是危害我国小麦产量和品质的重大真菌病害。该病害的发生不仅造成小麦产量的降低,更重要的是,禾谷镰刀菌侵染过程中会产生DON毒素,在发病籽粒及后续小麦产品中残留,严重威胁人畜健康。由于缺乏抗病品种,化学药剂一直是防控小麦赤霉病最普遍的方式,然而长期单一使用化学农药也会带来诸如田间菌株抗药性等一系列问题。而作为化学防治的有效补充,生物防治在近年来逐渐得到关注和重视。揭示微生物之间相互作用机制,寻找新型抗病微生物,有助于为控制小麦赤霉病发生提供新策略。禾谷镰刀菌田间接种小麦后,在感病且整穗显现病症的小麦上偶有健康的小穗。相比枯白的小穗,该小穗呈绿色,因此称其为“绿穗”。推测“绿穗”中可能存在内生细菌,通过抑制病原菌生长及侵染以减轻赤霉病的发生。基于这一假设,本研究首先对“绿穗”中的内生菌群进行微生物组测序分析。与正常发病小穗相比,发现“绿穗”中显著富集了Pseudomonadaceae(假单胞菌科)、Xanthomonadales(黄单胞菌科)、Enterobacteriales(肠杆菌目)等菌种。研究利用小麦胚芽鞘侵染实验,从分离纯化出的内生菌中筛选出了一株能够有效抑制赤霉病发生的菌株W55,经16S测序鉴定为假单胞菌(Pseudomonas sp.)。对W55的代谢产物进行提取,发现其代谢物无显著抑制发病效果,这与大多数依赖代谢产物发挥功能的生防菌有所不同。因此,进一步探究W55菌株对禾谷镰刀菌侵染过程的影响,结果表明W55主要抑制了侵染菌丝在小麦穗轴中的扩展。RNA-seq测序分析显示,W55菌株处理影响了禾谷镰刀菌大量侵染阶段特异性表达基因的表达,这可能是导致禾谷镰刀菌致病力降低的重要原因。为了探究W55发挥功能的主要途径,我们对W55菌株进行了全基因组测序及组装,对该菌株的六型分泌系统(T6SS)和三型分泌系统(T3SS)分别进行了敲除,结果发现,这两个分泌系统的敲除突变体处理禾谷镰刀菌后,均无法实现对禾谷镰刀菌侵染的有效抑制。这一结果表明这两个分泌系统可能在抑制禾谷镰刀菌的侵染反应中发挥了关键作用。为了鉴定依赖这两个分泌系统分泌的功能蛋白,本研究对T6SS的分泌蛋白基因HCP进行敲除,然而敲除致死,未获得突变体。后续研究将进一步对鉴定到的候选分泌蛋白进行敲除和功能探究。为全面阐明W55-禾谷镰刀菌-小麦三者互作机制打下基础,本研究也有望为小麦赤霉病的防控提供新资源和新思路。
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