马铃薯疮痂病病原菌AMCC400023的系统鉴定及其致病岛的基因组学分析

发布时间：2020-11-02 05:22

　　 马铃薯是仅次于小麦、水稻和玉米的世界第四大粮食作物,因营养丰富、膳食纤维高而被誉为“地球未来的粮食”,在全球范围内有着广泛种植。我国是世界马铃薯生产和消费第一大国,并于2015年启动了马铃薯主粮化国家战略。马铃薯疮痂病(potato common scab,PCS)是由植物致病性链霉菌(Streptomyces spp.)引起的土传性病害,在全世界马铃薯产区均有发生,且有逐年加重的趋势。本研究首先对福建、广东和西藏等地区患有疮痂病的马铃薯薯块进行病原菌的分离筛选,用致病基因txtAB,tomA和nec1作PCR扩增,初步筛选出具有致病基因的放线菌菌株,通过形态学和分子生物学进行马铃薯疮痂病病原菌的鉴定,并通过萝卜幼苗法、薯片法和盆栽回接试验验证所筛选病原菌株的致病性。在此基础上,对本研究室分离保藏的马铃薯疮痂病病原菌Streptomyces sp.AMCC400023菌株进行了严格的致病性验证及形态学、生理生化和16S rRNA分子鉴定,并进一步开展了该病原菌的全基因组测序,通过ANI和isDDH分析、全基因组系统发育分析,从基因组水平上最终将Streptomyces sp.AMCC400023鉴定为与普通疮痂病原菌Streptomyces scabiei亲缘关系较近的另类未定名分类种。同时,对Streptomyces sp.AMCC400023菌株的致病岛PAI组分进行了基因组学分析,构建了该病原菌株的PAI组成图,通过ThxA毒素合成基因和核心基因组交联树以及相关马铃薯疮痂病病原菌共线性分析,推测Streptomyces sp.AMCC400023的致病岛PAI是从最原始的S.scabiei中通过基因水平转移(HGT)而来。研究获得的主要结果如下:1.对福建、广东和西藏三个地区的患病马铃薯薯块进行疮痂病病原菌的分离筛选,共分离得到138株具有放线菌特征的分离物。2.对分离获得的放线菌分离物进行致病性验证,同时对具有致病性的菌株进行形态学和16S rRNA鉴定,鉴定结果均是疮痂病病原菌Streptomyce turgidiscabies。3.对本研究室分离保藏的Streptomyces sp.AMCC400023菌株进行了系统的致病性验证,包括萝卜幼苗法、小薯片法、盆栽回接试验和毒素产生试验,所有试验结果均表明Streptomyces sp.AMCC400023具有疮痂病致病性,能够形成典型的疮痂症状。4.在形态学、生理生化和16S rRNA分子鉴定基础上,进一步对Streptomyces sp.AMCC400023菌株进行了全基因组测序,通过ANI和isDDH分析、全基因组系统发育分析,最终将Streptomyces sp.AMCC400023鉴定为与普通疮痂病原菌Streptomyces scabiei亲缘关系较近的另类未定名分类种。5.利用Streptomyces sp.AMCC400023全基因组测序结果,构建了该菌株PAI组成图,证明该菌株的PAI中含有txtAB、nec1和tomA基因以及完整的TR区和CR区。同时thaxtominA合成试验,也证实Streptomyces sp.AMCC400023菌株能够产生thaxtomin A毒素。6.在基因组学基础上,通过对31株致病和非致病链霉菌系统发育分析、ThxA毒素合成基因和核心基因组交联树分析以及相关马铃薯疮痂病病原菌共线性分析,发现Streptomyces sp.AMCC400023与普通疮痂病原菌模式种Streptomyces scabiei NRRL B-16523存在相对较近的亲缘关系,Streptomyces sp.AMCC400023与Streptomyces scabiei87-22在共线性图上存在基因水平转移证据,因此推测Streptomyces sp.AMCC400023的致病岛PAI是从最原始的马铃薯疮痂病病原菌S.scabiei通过基因水平转移(HGT)而来。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S435.32
【部分图文】：

15 1 a. S. scabiei 87-22 中 thaxtomin 生物合成基因簇 b. 链霉菌 thaxtominA 生物合成途尚未完全阐明的步骤由（??）表示. 1 a.The thaxtomin biosynthetic gene cluster in the S. scabiei 87-22 b. Streptomyces thaxtobiosynthetic pathway. Steps that have not been fully elucidated are represented by (??)CFA-和 COR-样分子. scabiei 87-22 基因组中含有次级代谢物生物合成簇，在结构和组织上与植eudomonas syringae（丁香假单胞菌）中的冠菌酸（CFA）生物合成基因簇病原菌 Pectobacterium atrosepticum 中假定的 CFA 生物合成基因簇高nell et al., 2010）。CFA 是植物毒素-冠菌素（COR）的聚酮化合物成分，是 P. 的毒力决定因子（Bender et al., 1999）。COR 在植物宿主中引起多种症状、肥大、抑制根伸长和刺激乙烯产生。最近，有研究表明 COR 起到生物

S. scabiei 中不存在；然而，在丁香假单胞菌体内将 CFA 连接到 CS. scabiei 中是保守存在（Bignell et al., 2010）。此外，丁香假单胞子，其中 CFA 与氨基酸如缬氨酸、异亮氨酸、丝氨酸和苏氨酸相连，这表明 COR 样分子也可能在 S. scabiei 中产生。与 CFA 相比，预 样分子本身结构就是比较新颖的（Bignell et al., 2010），这是因为簇中存在其他的生物合成基因，而这些基因在丁香假单胞菌的相在 S. scabiei 中用于合成代谢物主链的 Cfa7 聚酮化合物合酶含有构域，其不存在于相应的丁香假单胞菌蛋白质中。该结构域可能会的 C = C 双键（图 2）。启动子研究表明，在植物宿主定殖过程中 S. scabiei 中表达；并且，突变体研究表明该簇对于 S. scabiei 的管目前还不清楚由此产生的代谢物是如何促进植物疾病发展的。与、nec1 和 tomA 不同，CFA 样簇在 S. turgidiscabies 或 S. acidisca（Bukhalid et al., 2002）。

地区马铃薯疮痂病原菌的分离鉴定霉菌的分离保藏建省、广东省和西藏拉萨等地共获得 13 个疑似患有疮痂病的马铃薯薯块中病斑可大体分为 3 种类型：平状开裂、平状网格和凹陷状病斑（图 3-1）斑中间有缝隙，开裂，周围表皮木栓化（图 3-1A）。平状网格病斑中间略表皮略显隆起，组织木栓化，呈不规则形（图 3-1B）。凹陷型病斑在病斑尽相同，多呈不规则形，偶与平状开裂病斑极为相似，有裂纹，但比平状（图 3-1C）。本研究对南方三地不同地区不同类型的疑似患病薯块进行病选工作，从 13 个样品中共分离出 138 株具有放线菌特征的菌株，将分离行编号并保藏。
【参考文献】

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本文编号：2866627