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1、微生物学通报 OCT 20, 2012, 39(10): 1479 1486 Microbiology China 2012 by Institute of Microbiology, CAS 基金项目：中国烟草总公司科技重点项目(No. 110201002025, 110200902065) *通讯作者：Tel: 86-10-62815933; : 收稿日期：2012-01-04; 接受日期：2012-03-30 专论与综述 烟草青枯病研究进展 周训军1 王静3 杨玉文2 赵廷昌2* 高必达1 (1. 湖南农业大学 生物安全科技学院 湖南 长沙 410128) (2. 中国农业科学院植物
2、保护研究所 北京 100193) (3. 中国农业科学院烟草研究所 山东 青岛 266101) 摘 要: 烟草青枯病是由茄青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的影响世界烟草生产的重要病害之一, 该病是一种典型的土传性细菌病害。主要对烟草青枯病菌的致病机理、遗传多样性和防治等方面的研究进展进行综述, 阐明烟草青枯病菌的研究现状。 关键词: 烟草青枯病, 致病机理, 遗传多样性, 防治 Advances in tobacco bacterial wilt disease ZHOU Xun-Jun1 WANG Jing3 YANG Yu-Wen2 ZHAO Ting-Ch
3、ang2* GAO Bi-Da1 (1. College of Bio-safety Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China) (2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China) (3. Institute of Tobacco, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qin
4、gdao, Shandong 266101, China) Abstract: Tobacco bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum is one of the most impor-tant diseases all over the world, it is a typical soil borne bacteriosis. In this paper, the current situation of tobacco bacterial wilt was reviewed, including the pathogenic mec
5、hanism, genetic diversity and prevention measure of Ralstonia solanacearum. Keywords: Tobacco bacterial wilt, Pathogenic mechanism, Genetic diversity, Prevention measure 1480 微生物学通报 2012, Vol.39, No.10 http:/ 烟草青枯病是由青枯雷尔氏菌(Ralstonia so-lanacearum)引起的危害世界烟草生产的重要病害, 1864 年在印度尼西亚首先报道了青枯菌对烟草的毁灭性危害。此后, 迅
6、速扩展蔓延至主要产烟国家并成为制约烟草生产的主要病害1。烟草青枯病在我国主要产烟省区普遍发生, 甚至在个别年份暴发流行。近年来, 由于气候等方面的原因, 该病的危害范围在我国有逐渐由南向北扩展蔓延之势2。青枯病菌的寄主范围非常广泛, 包括54个科的450余种植物, 其中有许多是重要的经济作物、蔬菜和粮食, 如烟草、桑树、油橄榄、番茄、茄子、辣椒、花生、马铃薯等3。 1 发病症状及病原发病症状及病原 细菌性烟草青枯病是典型的维管束病害, 烟草根、茎、叶各部位均可受害, 但主要危害植物的根、茎, 病株根部侧根常变黑腐烂, 茎部可见黑色条斑。该病最典型的症状是叶片枯萎后仍呈现绿色, 故称“青枯病”4
7、。 烟草青枯病病原菌曾用名 Pseudomonas so-lanacearum Smith, 或 Burkholderia solanacea-rum。1996 年由 Intenational Journal of Systematic Bacteriology 正式更名为青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum E F Smith)5。烟草青枯菌为革兰氏阴性杆状好氧细菌, 在厌氧条件下培养, 其毒力迅速丧失。 病菌最适生长温度 30 C35 C, 致死温度为 52 C, 持续 10 min; pH 范围 48, 最适为6.6。烟草青枯菌在 TTC 培养基上的典型菌落形态为:
8、 菌落一般较大, 稍凸起, 不规则圆形, 中央粉红色, 边缘乳白色, 对光观察可见有轮纹, 流动性较强6。 2 侵染循环及流行规律侵染循环及流行规律 烟草青枯病菌主要在土壤或病残体中越冬, 也能在其它寄主植物体内越冬。烟草青枯病初侵染源主要是带菌土壤、病残体和带菌的肥料。病原菌主要通过灌溉水、生产工具等传播, 大多从烟株根部的伤口侵入, 再由根部向上发展, 在移栽和中耕培土过程中造成的伤口更有利于病菌的侵入2。 烟草青枯病属于典型的高温高湿型病害, 低温高湿或高温低湿都不能导致病害的流行。病害发生流行最适宜条件为温度 30 C35 C, 相对湿度 90%以上。青枯病在不同类型的土壤上发病情况存
9、在较大差异, 土质粘重或土壤含沙量高更容易诱发病害。通常, 水田烟较旱地烟发病轻, 地势高处较地势低处烟发病轻, 田块的入水口或水流较多处发病也较重6。 3 致病机理致病机理 青枯菌是目前国际上研究植物病原细菌致病机制的模式系统之一7。其致病因子主要包括: II型分泌系统(T2SS), III 型分泌系统(T3SS), 胞外多糖(Extracellular polysaccharide, EPS), 胞外蛋白 (Extracellular protein, EXP), 脂 多 糖(Lipopolysaccharides, LPS)和 IV 型鞭毛系统(Type IV pilus system)
10、。 青枯菌可以在土壤中长期存活, 通常可从植物根部或茎部的伤口侵入, 随后进入木质部并且扩散至植物上部, 通过脂多糖识别寄主, 产生大量胞外多糖造成维管束阻塞, 同时还分泌胞外蛋白酶降解细胞壁, 从而导致寄主植物快速萎蔫。青枯菌在木质部成功定殖后, 在根的表面形成菌脓, 返回至土壤及再侵染811。 3.1 II 型、III 型分泌系统 植物病原细菌在侵染寄主植物时, 病原菌主要通过蛋白分泌系统将效应蛋白转移到病菌表面或分泌到胞外。目前在青枯菌中已鉴定的蛋白分泌系统有 8 种类型, 包括 IVI 型、Two-partner secretion (TPS)和Twin arginine transp
11、ort (Tat)分泌周训军等: 烟草青枯病研究进展 1481 http:/ 系统, 其中II型和III型蛋白分泌系统主要作用是将多种致病因子输送到胞外导致寄主植物致病, 与青枯菌致病性密切相关12。 青枯菌通过 II型蛋白分泌系统分泌多种胞外蛋白, 主要包括与植物细胞壁降解相关的纤维素酶、果胶甲酯酶和多聚半乳糖醛酸酶等, 这些胞外蛋白能破坏寄主植物细胞, 使寄主植物组织坏死, 是导致寄主植物枯萎的主要因素13。对青枯菌 GMI1000 菌系的 II 型分泌系统突变结果表明, II 型分泌系统突变菌株对番茄的致病力明显低于野生型菌株, 而且, 果胶酶与纤维素酶对青枯菌致病性的影响也存在显著差异
12、14。对侵染烟草的青枯菌株 OE1-1 的 II 型分泌系统突变后发现, 突变菌株进入寄主植物体内后能在胞外和寄主植物细胞间隙产生胞外多糖, 但是失去了系统侵染寄主植物的能力, 这一结果说明 II 型分泌系统与系统侵染过程中病原菌侵入寄主植物木质部导管密切相关15。 III 型分泌系统与青枯菌的致病性密切相关。III 型分泌系统产生大约 75 种 III 型效应因子(T3E)进入寄主植物细胞。Turner 等研究发现, 青枯菌在入侵寄主植物根尖时需要两种不同的效应子 Gala7 和 avrA, 且前者起主要作用。进一步研究发现 avrA 在早期侵染过程中非常重要, Gala7 则在侵染后期起到
13、关键作用16。Macho 等通过混合接种实验表明, T3E 与青枯菌的寄主适应性相关, 其缺失突变体存在明显的生长缺陷, 在侵染茄子叶片的青枯菌中发现 12 个与寄主适应性相关的基因, 其中有 3 个基因同时影响病原菌在番茄和大豆上的定殖能力, T3E 的适应性存在明显的寄主专化性, 如无毒因子 popP2 和 avrA在感病品种中有明显的竞争优势。进一步研究发现, 产乙烯的 efe 基因和与次级代谢产物 3-羟基吲哚生物合成相关的hdfB基因的表达, 都需要植物叶片组织提供良好的生长环境17。 3.2 胞外多糖 胞外多糖(EPS)是青枯菌重要的致病因子。 青枯菌的胞外多糖是由多种化学物质组成
14、的一种复合物, 其主要组成成分是氮乙酞半乳糖醛酰胺, 其中组成部分 EPSI, 可能与青枯菌的致病性最为相关。 大量研究表明, 青枯菌 EPSI 缺陷型菌株与野生型菌株相比致病力明显下降, 且在番茄茎秆的定殖能力和扩展速度下降18。王胜坤通过测定青枯菌对桉树根部的吸附量和侵入量表明, 在接种青枯菌的6 h内, EPS处理的青枯菌在根表的吸附量和根内侵入量都明显升高, 而无 EPS 菌株在根表的吸附量和根内侵入量都明显降低19。 3.3 胞外蛋白 胞外蛋白是另一类主要的致病因子20。目前已分离鉴定的胞外蛋白有 10 多种, 其中大多是通过 II、III 型分泌系统分泌到胞外或进入植物细胞内。在这
15、些胞外蛋白中与青枯菌致病性密切相关的主要包括果胶降解酶类和纤维素水解酶类。果胶降解酶类, 青枯菌可以产生一种果胶甲酯酶(Pme)和几种多聚半乳糖醛酸酶(PehA, PehB, PehC), 研究表明, 聚半乳糖醛酸酶与青枯菌在植物体内的运动有关, PehA、PehB、PehC 突变体在植物体内的扩展速度明显降低; 纤维素水解酶类, 研究表明, 它们可通过破坏纤维素的-1,4糖苷键降解纤维素。Egl 基因突变菌株接种实验表明, 突变菌株的发病程度比野生菌株有所减轻, 但效果并不明显, 因此认为, 青枯菌通过降解植物细胞壁致病可能只是辅助途径21。朱圣洁等通过对青枯菌胞外酶活性测定结果表明, 纤维素酶活性与青枯菌致病性高度正相关22。 3.4 IV 型鞭/菌毛系统 运动性和趋化作用由鞭毛介导, 在青枯菌对寄主植物根部侵染及早期定殖过程中的毒性具有重要作用。 IV 型鞭毛系统对于细菌在植物表面的附着十分重要, 直接影响青枯菌的致病性, 对1482 微生物学通报 2012, Vol.39, No.10 http:/ AW1 菌株的 pilA 基因突变后发现其失去了对番茄致病的能力23。青枯菌 GMI1000 基因组中发现存在大量编码外膜蛋白及细胞附器(菌毛、鞭毛)成分蛋白的
