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生姜茎基腐病病原微生物的致病机理及抗病效果研究认领

被引量： 3

作者：

师慧娟

学位授予单位：

济南大学

摘要：

生姜(Zingiber officinale Rosc)是一种重要的香辛调味品且有一定的药用价值,但由于无性繁殖和重茬种植导致病原菌长期积累,严重影响了生姜的品质和产量。生姜茎基腐病是其中严重的疾病之一,目前对致病菌的生物学特性和基因组特征研究较少,而且现有的防治措施,存在环境污染和食品安全的问题。基于此本研究通过对患病生姜植株病原菌的分离筛选纯化鉴定,明确病原菌的种类和致病性,并对病原菌进行全基因组测序,从基因组水平上解析其潜在的致病机理。同时,从健康的生姜根际土和非根际土中分离筛选出丰度较高的细菌并进行拮抗实验,并选择拮抗效果最佳的菌株进行全基因组测序分析,揭示其发挥生防作用的潜在机制。最后,针对生姜茎基腐病的防治措施,探究植物内源性物质安石榴苷和类黄酮对病原菌的抑制效果及生姜植株防御酶和防御基因表达的影响,为植物源生防制剂的开发利用提供理论依据。本研究将对未来生姜茎基腐病更深入的研究奠定理论基础从而在理论与应用上都有意义。本研究共发现7株致病菌,分别是轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)、层出镰刀菌(Fusarium proliferatum)、草酸青霉(Penicillium oxalicum)、长梗木霉(Trichoderma longibrachiatum)、稻黑孢菌(Nigrospora oryzae)、茄病镰刀菌(Fusarium solani)、刺腐霉(Globisporangium spinosum)。其中Fusarium proliferatum致病能力最强,植物病害严重程度指数(DSI)是80,姜块发病率均为100%。病原菌Fusarium proliferatum的全基因组测序结果表明,分泌蛋白较多数量的(主要促进超家族)MFS和较少数量的ABC超家族的多药转运蛋白。这些蛋白除了分泌毒素等致病因子外,还会保护病原菌免受植物防御系统的伤害。病原菌还可以通过产生次级代谢产物对植物产生致病力,次级代谢代谢物中聚酮合成酶(PKS)和非核糖体多肽合酶(NRPS)最多,NRPS基因作为一类重要的致病因子发挥致病作用。毒力基因gene02921、gene12011、gene12873、gene02680、gene07704,通过MAPK、HIF-1信号转导和ABC转运蛋白跨膜运输影响病原菌的致病力。gene01380、gene05790、gene10497则通过代谢途径中参与氨基酸和核苷酸代谢影响病原菌的致病力。病原菌与宿主互作数据库比对,发现Lae A基因(PHI:482)、AKT7基因(PHI:4194)、ACC基因(PHI:8670)、EAMY-3222基因(PHI:7438)和EAMY-3005基因(PHI:7393)。此外,在病原与宿主数据库中注释到还未经相关研究验证的致病基因:FGSG、Gz Ara001、Gz C2H052、Gz HMG023、Gz HOMEL013、Gz Myb010、Gz Not001、Gz OB、Gz Rad001Gz ZC、Movps1这些基因可能影响病原菌对植物的致病能力并且对生姜存在特异性,值得后续深入研究。病原菌Fusarium proliferatum可能通过不同的途径共同调节致病力,使得植物患病,并非单一方面影响致病性。生防菌筛选分离得到阿氏芽孢杆菌(Bacillus aryabhattai)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、简单芽孢杆菌(Bacillus simplex)、解蛋白芽孢杆菌(Bacillus proteolyticus)、黄海芽孢杆菌(Bacillus marisflavi)。不同的细菌针对不同的病原菌显示出不同的拮抗能力,但综合来看Bacillus megaterium的拮抗能力较强,对刺腐霉(Globisporangium spinosum)、稻黑孢菌(Nigrospora oryzae)、层出镰刀菌(Fusarium proliferatum)的抑制率分别是92.9%、82.8%、35%。对此株细菌进行基因组测序,进一步探究其拮抗病原菌生长的机制。通过对Bacillus megaterium碳水化合物活性酶分析,共注释到5个合成丁质酶基因(gene0021、gene0760、gene1528、gene1775、p B-gene0010)、3个合成葡聚糖酶基因(gene1647、gene3419、gene3432)和1个碳水化合物结合模块CBM50基因(gene4149)。这些蛋白酶可以降解病原真菌的细胞壁,以此来抑制病原真菌的生长。次级代谢产物合成基因簇中基因簇类型有萜稀(Terpene)、第三类聚酮合酶(T3PKS)、铁载体(Siderophore)、膦酸盐(Phosphonate)、镧肽(Lanthipeptide)。但与已知代谢物对比相似度低或没有注释,表明其存在分泌其它活性物质以达到抗菌的作用。Bacillus megaterium可能通过分泌多糖降解酶抑制病原菌生长,还能通过产生核苷类抗生素抑制病原菌生长,从而达到对植物病害有防治效果。由于其次级代谢产物还未明确,说明可能存在新的次级代谢产物来发挥抑菌作用。植物内源性物质安石榴苷和类黄酮可在不同程度上抑制病原菌生长,并且类黄酮的抑菌效果更加显著。在20 g/L类黄酮的施用下,病原菌刺腐霉(Globisporangium spinosum)、长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum)的抑制率可达100%,病原菌草酸青霉(Penicillium oxalicum)、层出镰刀菌(Fusarium proliferatum)、轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)、茄病镰刀菌(Fusarium solani)、稻黑孢菌(Nigrospora oryzae)的抑制率在63%至91%。在20 g/L安石榴苷的施用下,病原菌草酸青霉(Penicillium oxalicum)、层出镰刀菌(Fusarium proliferatum)、刺腐霉(Globisporangium spinosum)、轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)、长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum)、茄病镰刀菌(Fusarium solani)、稻黑孢菌(Nigrospora oryzae)的抑制率在23%以上。施用类黄酮对植物体的防御酶(过氧化物酶、多酚氧化酶)和相关防御基因(苯丙氨酸解氨酶PAL、蛋白内切酶GLU、转录因子WRKY8)显著上调,能够增强植物的抗病潜力。

摘要译文

关键词：

生姜茎基腐病; 全基因组测序分析; 安石榴苷和类黄酮; 致病菌; 生防菌

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

生物学

导师：

何文兴王文波

中图分类号：

S436.32[薯芋类病虫害]

学科分类号：

090401[植物病理学];090402[昆虫学]

D O I：

10.27166/d.cnki.gsdcc.2023.000657