水稻细菌性条斑病菌Ⅲ型分泌系统抑制剂的鉴定

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植物病害可造成重大的农业经济损失,现阶段的防治主要依靠抗性品种的选育栽培或者是使用化学农药杀死细菌。但病原菌生长周期短,变异速度快,抗性品种或化学农药很容易失去作用。所以亟需一种植物病害防治的新策略。以细菌某一毒性因子为靶标,通过筛选或设计合成相关的毒性抑制剂是一种很好的新策略。此策略不以杀死细菌为目标,只针对特异的毒性机制,对病原菌造成的生存选择压力小,同时不对环境中的有益微生物群体造成伤害。植物病原细菌的III型分泌系统(Type III Secretion System,T3SS)可将III型效应物(T3SS effectors,T3SEs)转运至寄主植物中,从而使寄主植物产生病害,是病原菌重要的致病因子,因此T3SS可以作为新型抗病策略的靶标。实验室前期鉴定了一批十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)T3SS的抑制剂,T3SS同样是水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)的主要致病因子,这些抑制剂对Xoc T3SS是否同样具有作用,值得探究。本研究在Xoc中分别将xop N、hrp B1、hrp X、hrp G基因的启动子区与荧光素酶(Luciferase,Lux)或β-葡糖醛酸酶(β-Glucuronidase,GUS)报告基因相融合构建报告系统,共得到8个报告菌株。使用其中带xop N基因启动子区的Lux报告菌对实验室现有的十字花科黑腐病菌T3SS抑制剂进行筛选,得到Carmofur、5-Fluorocytosine、A-3和Dealkaline lignin对xop N启动子活性有显著的抑制作用。接着用其他报告菌及实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,q PCR)检测这4种化合物对Xoc T3SS的作用。结果表明这4种化合物可显著抑制Xoc T3SS,其中Dealkaline lignin可能特异抑制Xoc T3SS,但4种化合物均不影响Xoc在寄主植物水稻日本晴(Oryza sativa L.cv.Nipponbare)上的致病力。为精确检测Xoc的过敏反应(Hypersensitive response,HR)及小分子抑制剂的生防作用,本研究利用融合PCR及同源双交换原理构建能在含抗性基因Bs1的非寄主植物辣椒(Capsicum annuum cv.ECW-10R)上激发特异HR的报告菌株GX01/avr Bs1。结果显示,GX01/avr Bs1可在辣椒ECW-10R上快速激发HR,Dealkaline lignin可显著延迟Xoc在辣椒ECW-10R上的HR。为进一步研究Xoc感受T3SS抑制剂的分子机制,本研究构建了hpa S(XOC_3909)、trh(XOC_3790)、hrp G(XOC_3441)、hrp X(XOC_3439)、xrv A(XOC_2077)和zur(XOC_1607)6个Xoc T3SS调控基因的缺失突变体,研究了4种化合物在各突变体中对T3SS基因表达的影响。结果表明,四种化合物的作用在突变体和野生型中没有显著差异。综上所述,本研究在Xoc中建立了筛选T3SS小分子抑制剂的系统,并在对十字花科黑腐病菌T3SS有抑制作用的小分子中筛选到了Carmofur、5-Fluorocytosine、A-3和Dealkaline lignin这4个化合物,它们对Xoc T3SS同样有抑制作用,并就抑制剂的作用机制进行了初探。另外,本研究还构建了报告菌株GX01/avr Bs1,该菌株可以在辣椒ECW-10R上检测由III型分泌系统介导的过敏反应。这些工作为后续对Xoc T3SS抑制剂的鉴定和研究,以及进一步研发抗水稻细菌性条斑病的新型植物源生物安全农药,提供了一定的理论依据与技术支撑。
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