南京农业大学在解析果胶杆菌致病机理方面取得新进展!

由果胶杆菌属(原欧文氏菌属)细菌(点击查看十大植物病原菌细菌经典 | 综述分子植物病理学中的十大病原细菌)引起的马铃薯黑胫病和细菌性软腐病严重威胁茄科、十字花科和伞形科等多种粮食、蔬菜和花卉植物的生长、发育和贮藏。因此,解析果胶杆菌致病机制将为黑胫病和软腐病的绿色防控提供重要的理论依据。

Entner-DoudoroffED)途径以葡萄糖酸为底物,在大肠杆菌MG1655和霍乱弧菌(Vibrio cholerae)等动物病原细菌的细菌定殖和毒素合成过程中发挥了重要的作用;在植物病原细菌野油菜黄单胞野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv. campestrisXcc)中,eda突变后,Xcc的致病关键因子胞外多糖合成产量显著降低。范加勤团队前期利用蛋白质组学挖掘Pba近缘亚种Pcc菌株PccS1的致病相关蛋白,首次报道了ED途径的关键酶2--3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸(KDPG)醛缩酶(Eda)与果胶杆菌的致病性相关(详见https://doi.org/10.1111/mpp.12493)。然而Eda减弱果胶杆菌致病性的机制还有待进一步研究。

近日,Molecular Plant Pathology在线发表了来自南京农业大学植物保护学院范加勤课题组和英国The James Hutton Institute Ian Toth 课题组合作的Pectobacterium atrosepticum KDPG aldolase, Eda, participates in the Entner-Doudoroff pathway and independently inhibits expression of virulence determinants研究论文。该研究详细解析了醛缩酶Eda主要是通过果胶代谢途径而非Entner-DoudoroffED)途径影响黑腐果胶杆菌致病性,揭示了植物病原细菌中的Eda具有和动物病原细菌中截然不同的影响病原菌致病性的功能


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       本研究通过比较黑腐果胶杆菌SCRI1039与胡萝卜软腐果胶杆菌PccS1的基因组发现,SCRI1039基因组具有完整的ED途径,而PccS1中缺失ED途径关键酶Edd(图1)。


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1 果胶杆菌中糖代谢途径的关系图


利用同源重组的方法构建了SCRI1039ED途径两个关键酶(EddEda)的缺失突变株(ΔeddΔeda),并对这两个缺失突变株进行了致病表型测定。结果显示:与野生型相比,Δeda显著减弱了SCRI1039的致病性和在寄主植物中的定殖能力。果胶酶是果胶杆菌属细菌胞外降解酶类(PCWDEs)中的重要的一类胞外酶,是其攻陷植物细胞壁的重要武器之一。进一步的研究表明,Δeda胞外果胶酶的活力显著下降,不能利用果胶代谢产物多聚半乳糖醛酸(PGA)和半乳糖醛酸(GA)作为碳源来生长;而Δedd对以上表型均没有影响。当以果胶代谢途径终产物丙酮酸作为碳源时,Δeda中果胶酶基因的表达与野生型相比没有差异;而添加PGA诱导后,Δeda中部分果胶酶基因(pelApelCpehNpelWpmeB)显著下调表达。因此,在果胶杆菌中ED途径没有直接参与Pectobacterium的毒力,而其关键酶Eda可以通过控制PCWDEs的表达来限制果胶降解的过程,从而影响细菌的致病性;这与ED途径在动物病原细菌的中的致病性调控机制截然不同,也为未来研发生物杀菌剂提供了靶标。

南京农业大学与The James Hutton Institute联合培养的毕业博士生王欢为论文第一作者,范加勤副教授和Ian Toth教授为共同通讯作者。南京农业大学植物免疫与生物防治实验室和The James Hutton Institute的多位师生参与了本项研究;此外,刚离我们而去的The James Hutton InstituteFrank Wright博士为本研究的进化分析提供了诸多建议和帮助。该研究得到了公益性农业科学研究专项基金(201303015),国家留学基金委(201406850042)和苏格兰政府农村与环境科学和分析服务司(RESAS)的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1111/mpp.13025

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