黄瓜流胶病的系统侵染及诱导抗性相关基因分析

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黄瓜流胶病(Cucumber bacterial gummosis,CBG)是近年在黄瓜上发生的一种新病害,具有扩展蔓延速度快,危害严重等特点,目前仍缺乏有效的黄瓜抗性品种和防控药剂。随着设施黄瓜种植面积日益增大,设施环境具有的高封闭性以及高温、高湿等特点导致黄瓜流胶病频繁发生,对黄瓜生产造成了极大的影响。该病为两种病原的复合侵染,一种为丁香假单胞流泪致病变种(Pseudomonas amygdali pv.lachrymans,简称Pal),另一种是胡萝卜软腐果胶杆菌巴西亚种(Pectobacterium carotovorum subsp.brasiliense,简称Pcb)。两种病菌可以侵染黄瓜地上部位多种不同的器官或组织并引起发病,而能否侵染黄瓜根系的研究未见报道,且病菌系统侵染黄瓜植株的研究尚不完善;此外,基于植物免疫诱抗剂诱导黄瓜抗流胶病的研究罕有报道,因此,开展黄瓜流胶病系统侵染研究、筛选有效的诱抗剂种类以及分析诱抗剂诱导黄瓜抗菌侵染的相关基因对有效防控流胶病具有重要意义。本研究从黄瓜茎部流胶中分离出一株细菌,采用分子生物学技术鉴定的方法,确定获得的菌株为丁香假单胞流泪致病变种(Pal),将该菌株其定名为HB 2017,经回接黄瓜植株,植株出现相同的症状,利用PCR技术检测,发现在发病植株中含有Pal。利用灌根法将Pal菌悬液接种于黄瓜根系,并利用qPCR技术检测了接种后不同时刻、黄瓜植株不同部位组织中Pal的变化动态,结果表明,Pal侵染黄瓜根系后,主要症状表现为根长变短、根系鲜重与干重减少、根系逐渐变色并最终腐烂、植株萎蔫倒伏、叶片黄化,灌根后黄瓜植株的根、茎和叶中Pal拷贝数逐渐增加,表明Pal在黄瓜植株内部能由侵染的根系向地上部位传导,最终在根系和叶片中增殖。利用喷雾接种法将Pal菌悬液接种于黄植株底部叶片,并利用PCR与qPCR技术对接种后黄瓜植株的不同组织部位进行检测,结果表明,Pal侵染黄瓜植株下部叶片后,可以在植株体内向上部叶片传导;此外,Pal可以通过叶片吐水作用泌出黄瓜叶片,并且泌出的含有Pal的吐水液滴可以侵染健康的黄瓜叶片并导致发病,表明通过黄瓜叶片吐水作用分泌的含有Pal的吐水液滴可以成为Pal侵染黄瓜引发病害的再侵染来源,且叶片吐水作用有利于Pal侵染黄瓜叶片,导致病害严重发生。利用室内盆栽实验对1 1种商品诱抗剂诱导黄瓜抗Pal侵染的能力进行了测定。结果表明,1 1种诱抗剂均能显著提高黄瓜植株的长势,并且显著提高黄瓜叶片对Pal侵染的系统抗性;其中商品诱抗剂“信号施康乐”(SK)能有效减小叶片病斑面积,诱导黄瓜系统抗性效果最佳,而商品诱抗剂“顶花增瓜嫩直长”(DH)诱抗效果不及其他药剂。为进一步探究SK诱导黄瓜抗Pal侵染的作用,分别测定了 SK和DH处理后黄瓜叶片中光合作用相关的SOD基因和SSU基因以及病程相关蛋白PR1-1a基因的相对表达量,结果表明,SK和DH处理黄瓜植株后3个基因的相对表达水平均显著提高,其中SK处理的黄瓜植株中3个基因相对表达水平显著高于DH处理,初步推断SK可能通过提高光合作用,快速表达抗性相关蛋白的作用提高黄瓜对Pal侵染的抗性反应,而SK可以作为诱导黄瓜抗Pal侵染的有效商品诱抗剂。为了进一步分析SK诱导黄瓜抗Pal侵染的相关基因,对SK处理后的黄瓜叶片进行了转录组学分析,结果表明,SK处理的黄瓜叶片中光合作用相关基因以及赤霉素信号通路、乙烯信号通路、茉莉酸信号通路、生长素信号通路、水杨酸信号通路和芸苔素内酯信号通路显著富集,表明SK诱导黄瓜抗Pal侵染可能与这些信号途径相关的基因表达相关。qRT-PCR验证特异基因相对表达水平,结果与转录组学测序结果一致,表明SK诱导黄瓜系统抗Pal侵染可能与光合作用增强、活性氧的爆发以及病程相关蛋白的表达相关,这些结果为后期深入探究诱导植物抗性反应的产生奠定理论基础。
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