玉米穗腐病致病层出镰刀菌侵染寄主的细胞、生化与分子基础研究

发布时间：2020-08-12 19:16

【摘要】：玉米穗腐病是世界范围内广泛发生的主要玉米病害之一。全球范围内大部分地区玉米穗腐病主要的病原菌是Fusarium verticillioides、F. graminearum和F. proliferatum,其中F. proliferatum是中国部分地区玉米穗腐病的优势病原菌。因此,阐明F. proliferatum侵染玉米的细胞、生化与分子的基础生物学过程,对有效防控玉米穗腐病具有重要意义。本文采用多种方法研究了F. proliferatum侵染玉米的过程,包括(1)通过解剖学方法,观察了对玉米根、茎、叶、花丝等多个组织部位的侵染过程；(2)通过组织化学方法,探测了玉米被侵染组织部位产生的H2O2及O2-物质；(3)检测了F. proliferatum培养滤液对玉米组织细胞的毒性；(4)检测了F. proliferatum产生致病性相关胞外酶的种类及酶活；(5)敲除了F. proliferatum致病相关的steA基因；(6)调查了玉米内生细菌对F.proliferatum的拮抗作用。主要结果如下：1、F. proliferatum对玉米根、茎、叶组织通过伤口侵染,对花药和花丝直接侵染。解剖学观察显示,F. proliferatum对叶组织侵染,沿叶肉细胞进入维管束和花环结构周边的大型薄壁细胞内,最终进入维管束的导管、筛管细胞。F. proliferatum对根、茎组织侵染主要沿薄壁组织细胞侵入维管束的导管、筛管。根、茎部位的筛管细胞、导管细胞是输送有机物和无机盐等营养的通道。F. proliferatum侵染这些部位有利于获得营养。但是,F. proliferatum进入叶脉、根、茎的导管和筛管细胞,将可能通过维管束通道进入雌穗。因此,F. proliferatum系统侵染诱发穗腐病的可能性是存在的。F. proliferatum在花丝部位扩展主要沿薄壁细胞组织及维管束细胞向子房生长。解剖学观察结果显示,花丝通道是F. proliferatum侵染途径之一。F proliferatum分生孢子长度小于50μm,悬浮在大气中,靠风力传播。推测其主要传播方式为体外风力传播。2、F. proliferatum在组织内部细胞间侵染时,侵染部位菌丝膨大,产生侵染钉结构,有助于破壁侵入相邻的细胞。F. proliferatum对H2O2有较强的耐受性,有利于应对侵染过程中寄主细胞产生的H2O2及O2-物质。F. proliferatum培养滤液可以使被侵染组织出现水渍状斑块,导致寄主细胞出现电解质渗漏现象,推测培养滤液中可能存在与病原菌致病相关的毒素。对胞外酶检测显示,F. proliferatum可分泌纤维素酶、淀粉酶和果胶酶。纤维素酶、果胶酶的产生有助于病原菌分解细胞壁和细胞壁间隙的物质。侵染籽粒后,淀粉酶的产生有助于获取营养。推测侵染钉结构、胞外酶及培养滤液中的毒素成分与F.proliferatum致病性密切相关。3、探索了F. proliferatum原生质体制备方法,发现3% driselase+1% lywallzyme+ 0.01% chitinase为最佳的破壁酶解组合。运用split-marker方法,将潮霉素基因与SteA基因侧翼序列整合在一起。通过同源重组,潮霉素基因替换了F. proliferatum的SteA基因。与野生菌株Fpl相比较发现,突变菌株Fp△SteA的致病力减弱,同时突变菌株Fp△SteA的气生菌丝生长被削弱。证实SteA基因调控F. proliferatum气生菌丝的生长及其致病性。4、玉米不仅可以产生H202及O2--等等防御物质和发生超敏反应,应对F. proliferatum的侵染。玉米内生细菌群落也可以抵御F. proliferatum的侵染。对玉米84株内生细菌进行拮抗筛选,有17株内生细菌对F. proliferatum菌落抑制率达30%以上。对抑制效果明显的菌株鉴定结果表明：菌株ZL-3为Achromobacter xylosoxidans,菌株R-4为Bacillus thuringiensis,菌株R-14、菌株R-8、菌株L-14和菌株L-2属于Bacillus cereus。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S435.13

【参考文献】