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水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)可引起重要的水稻病害--白叶枯病,同时Xoo也是研究“植物-病原菌”相互作用的重要模式菌。对Xoo快速进化机制以及Xoo致病机理的研究能为制定有效的防病抗病策略提供科学依据。
首先,作者对收集自不同国家的32株Xoo菌株致病力进行比较并以多种分子标记分析菌株的遗传多样性。结果表明,这些菌株的致病力差异十分明显;利用无毒基因(avrXa27)和插入序列(Insertion Sequence)为探针做RFLP分析以及RAPD分析都揭示这些菌株间的遗传变异极其显著。推测这种高度多态性有利于Xoo在与寄主水稻的相互作用中保持优势地位。
为深入研究Xoo致病的分子机制,作者建立了转座子在基因组随机插入的Xoo突变体库。通过在水稻品种IR24上接种,从8,000个突变体中筛选到致病性明显下降或完全丧失的突变体83个,其中78个突变体(94%)的转座子在基因组上为单拷贝插入。大多数突变体在PSA培养基上的菌落形态与野生型相同,也能正常分泌多种胞外酶。通过TAILPCR对插入转座子的侧翼序列进行分析,83个突变体中有79个突变体的转座子是分别插入到42个基因内部,其余4个突变体是转座子插入到基因间。在插入到基因内部的突变体中,与分泌系统(尤其是III型分泌系统)相关的突变体所占比例很大,证明分泌系统在致病过程发挥重要作用;另外我们还分离到多个参与多糖合成、细菌基础代谢和调控表达的基因被插入的突变体;有2个突变体是转座子插入到PXO99菌株特有而其它Xoo菌株未找到同源序列的基因;有3个突变体的转座子是插入到Xoo内源转座子上;还有5个突变体是转座子插入到未知功能的基因。这些突变体的获得进一步证实Xoo的致病是一个极为复杂的过程,对这些基因的具体分析将有助于我们更好的了解Xoo的致病策略和细节,为防病抗病提供线索。
作者获得4个突变体的转座子插入到同一纤维素酶基因(eglXoB)的不同位点上。这些突变体在叶片中的生长繁殖显著减少;RT-PCR分析表明该基因在侵染水稻的过程中被诱导表达;把eglXoB基因转入突变体能恢复其致病性以及在叶片中的生长繁殖;将基因转入大肠杆菌表达能检测到纤维素酶活力;eglXoB基因突变体利用纤维素等作为唯一碳源生长的能力不受影响。综合以上结果,作者推测egIXoB基因的作用是破坏水稻细胞壁以释放出营养物质供细菌繁殖。