水稻内生菌Streptomyces sporocinereus OsiSh-2通过铁元素竞争性抑制稻瘟病研究

发布时间：2020-05-21 19:44

【摘要】：水稻稻瘟病是由真菌稻瘟病菌引起的作物病害,通常会造成水稻的严重减产。目前,对稻瘟病菌的防治方法,主要使用传统化学农药以及培育抗性品种。随着粮食安全生产和农业可持续发展的需要,生物防控,特别是利用植物内生菌防治稻瘟病,正逐渐成为研究热点。本论文以一株前期筛选出的高效抗稻瘟病的水稻内生菌Streptomyces sporocinereus OsiSh-2为研究对象,从营养铁元素竞争性作用角度探究OsiSh-2和稻瘟病菌Magnaporthe oryzae的互作机制,为揭示植物内生菌与病原菌之间的拮抗关系提供了理论基础,并为进一步开展新型生物防治策略提供思路。相关的研究内容和结果如下:1、比较基因组学分析揭示OsiSh-2和稻瘟病菌之间的铁摄取系统特征差异。选取放线菌S.sporocinereus种属的OsiSh-2和NBRC 100766,稻瘟病菌70-15、P131和Y34,提取其基因组相关信息,进行COG/KOG、GO功能分类及KEGG代谢通路注释,分析各菌株含有的与铁元素获取及吸收相关的铁载体、高铁还原酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等相关功能基因的特点。结果显示,S.sporocinereus种属放线菌与稻瘟病菌相比,前者含有更多的铁载体相关基因,后者则含有更多的高铁还原酶相关基因,表明二者可能利用不同的铁摄取系统,因此其铁元素竞争能力可能存在差异。此外,对OsiSh-2与13株抗真菌放线菌,以及13株植物内生菌中的铁载体合成基因簇的比较分析发现,OsiSh-2在不同微生物类群中,都含有相对数量最多(4个)的铁载体合成基因簇,表明OsiSh-2可能是一株产铁载体优势菌株,这一特点有可能与其拮抗病原菌作用相关。2、OsiSh-2和稻瘟病菌之间的铁元素竞争能力比较分析。通过检测内生放线菌OsiSh-2和稻瘟病菌Guy11在铁充足和缺乏的条件下,其生长状况、铁载体产量以及铁还原能力,发现Guy11对铁元素具有明显的生长依赖性,而OsiSh-2的生长却很稳定,表明在缺铁环境下,OsiSh-2比稻瘟病菌更加具备生存优势。在同一生长环境下的铁元素竞争实验结果显示,OsiSh-2能够比Guy11螯合更多的铁元素。在正常和铁缺乏条件下,OsiSh-2的铁载体产量明显高于Guy11;在铁充足时,OsiSh-2又比Guy11表现出更强的铁还原能力;此外,当环境中铁含量丰富时,OsiSh-2的产铁载体能力受到抑制,对Guy11的拮抗效果减弱。以上结果表明,OsiSh-2具备比稻瘟病菌更强的铁竞争能力,而且OsiSh-2分泌的铁载体参与了对稻瘟病菌的拮抗作用。3、OsiSh-2所产铁载体物质的初步分离与鉴定。通过铁载体类型检测实验,发现OsiSh-2分泌的铁载体中含有异羟肟酸和酚类结构两种类型。使用大孔树脂吸附洗脱法和系统溶剂萃取法,获得OsiSh-2铁载体物质的初步分离样品。使用MOLDI-TOF和LC-MS质谱检测,结合铁载体合成基因簇分析,初步鉴定OsiSh-2可能产生Desferrioxamine E和Coelichelin,以及其它新型的铁载体物质。相关的分离鉴定工作还有待进一步的展开。本论文探究并证实了水稻内生放线菌OsiSh-2对稻瘟病菌的铁元素竞争性抑制作用,并对OsiSh-2所产的铁载体物质进行了初步的分离与鉴定,为进一步揭示水稻内生菌和病原菌之间的相互作用关系,以及开展新型的生物防治策略,提供了理论与研究基础。
【图文】：

功能分类

水稻内生菌 Streptomyces sporocinereus OsiSh-2 通过铁元素竞争性抑制稻瘟病研究代谢、糖类运输和代谢、辅酶转运和代谢、基因转录、细胞膜（壁）的合成、防御机制等与代谢相关的细胞生命活动方面，可能行使更多的代谢功能，或者具备更多的相关功能特征；而在另一方面，稻瘟病菌比起放线菌 OsiSh-2 和NBRC100766，其 KOG 功能分类注释基因在 A 类、B 类、D 类、J 类、O 类、U类、W 类、Y 类、Z 类上，具有更明显的数量优势特征，显示出稻瘟病菌在 RNA的加工修饰、染色质结构变化、细胞周期活动调控、翻译调控及核糖体结构变化、翻译后修饰及蛋白质转换、胞内运输及分泌、胞外结构变化、细胞骨架改变等与信号传导与调控方面，可能参与更多的细胞生命活动。该比较结果符合我们的前期初步研究，即水稻内生放线菌 OsiSh-2 能产生丰富的代谢产物[25]。

放线菌,相关功能,领域,基因

分别含有 223、221、1478、1320 和 1327 个注释信息（图2.2 a）。其中，放线菌 OsiSh-2 和 NBRC 100766 的基因注释结果较多集中于细胞壁（cell wall）、细胞质基质（cytosol）、质膜（plasma membrane）相关功能领域，而稻瘟病菌 70-15、P131 和 Y34 的基因注释结果则较多集中于细胞质（cytoplasm）、细胞质基质（cytosol）、胞内组分（intracellular）、膜（membrane）、核仁（nucleolus）、细胞核（nucleus）和质膜（plasma membrane）相关功能领域。在分子功能（molecular function, F）分类注释中，OsiSh-2、NBRC 100766、70-15、P131 和 Y34 中分别含有 198、188、712、625 和 627 个注释信息（图 2.2 b）。其中，放线菌 OsiSh-2 和 NBRC 100766 的基因注释结果较多集中于蛋白结合（protein binding）相关功能领域，，稻瘟病菌 70-15、P131 和 Y34 的基因注释结果则较多集中于蛋白结合（protein binding）和核糖体结构组成（structural constituentof ribosome）相关功能领域。在生物过程（biological process, P）分类注释中，OsiSh-2、NBRC 100766、70-15、P131 和 Y34 中分别含有 255、226、1837、1599 和 1595 个注释信息（图2.2 c）。其中，放线菌 OsiSh-2 和 NBRC 100766 的基因注释结果较多集中于生长（growth）相关功能领域
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.111.41

【参考文献】