引起芭蕉芋细菌性软腐病的玉米迪基氏菌(Dickeya zeae)CE1的全基因组序列及比较基因组学分析

【背景】玉米迪基氏菌(Dickeya zeae)可引起香蕉、水稻等重要作物的细菌性软腐病,并造成巨大的损失。芭蕉芋抗性较好且与病虫害相关的报道很少,本研究团队首次报道了由D.zeae CE1引起的芭蕉芋细菌性软腐病。【目的】揭示CE1菌株的全基因组序列,并与同样来源于广东香蕉和水稻的D.zeae菌株作比较基因组学分析,初步探讨D.zeae种内不同病原细菌在与寄主互作过程中可能存在的遗传分化机制。【方法】采用三代测序结合二代测序对CE1菌株进行完整基因组测序,利用比较基因组学方法分析该菌株与香蕉和水稻菌株的进化关系和基因组特征差异。【结果】细菌基因组测序表明,CE1菌株的完整基因组大小为4714731 bp,注释预测到4052个编码基因。与芭蕉芋和香蕉两个寄主亲缘关系类似,基因组比较分析发现来自芭蕉芋和香蕉的病菌菌株亲缘关系较近,它们在遗传进化上明显不同于水稻菌株。基因家族分析表明,编码重要致病因子如细菌分泌系统、鞭毛蛋白、胞外多糖、规律间隔成簇短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,CRISPR)等的基因簇在不同寄主间未表现明显分化。通过进一步分析发现,有80个基因是芭蕉芋和香蕉菌株所特有的,42个基因则是水稻菌株所特有的。在芭蕉芋和香蕉菌株的特异基因中,功能预测发现有2个基因簇分别与脂肪酸合成酶和群体感应相关;然而较多的水稻菌株特异基因则与碳水化合物转运和代谢相关,另外有一个水稻菌株特异基因簇存在于CRISPR的邻接位点。【结论】比较基因组学分析确定了芭蕉芋菌株和香蕉菌株、水稻菌株间的遗传亲缘关系,并发现了数个可能与不同类型寄主互作相关的基因位点,为D.zeae病原细菌侵染与香蕉、水稻等重要作物亲缘关系较为接近的不同作物提出风险预警。

香蕉枯萎和细菌性软腐病菌的多重PCR检测

香蕉枯萎病菌Fusarium oxysporum f.sp.cubense和细菌性软腐病菌Dickeya zeae的复合侵染为害给香蕉产业发展带来严重挑战,有必要建立相关病害的多重聚合酶链式反应(multiplex polymerase chain reaction, multiplex PCR)检测技术。本文基于尖孢镰刀菌古巴专化型1号生理小种(F.oxysporum f.sp.cubense race 1,FOC1)基因组contig 438区间(35 631-37 693 bp)(GenBank:AMGP01000438.1)和4号生理小种(F.oxysporum f.sp.cubense race 4,FOC4)基因组contig 195区间(4 028-6 126 bp)(GenBank:AMGQ01000195.1)存在160 bp插入序列差异设计特异扩增引物FOC-F/-R,同时以香蕉细菌性软腐病菌D.zeae的促旋酶B亚单位基因(the subunit B of gyrase gene)(GenBank:JQ284039)序列设计特异扩增引物gyrB-F/-R。多重PCR检测结果显示:本技术可在一次PCR扩增反应内同时检测香蕉枯萎病菌1号、4号生理小种和细菌性软腐病菌;多重PCR的灵敏度结果表明:检测香蕉枯萎病菌的DNA浓度最低限为0.1 ng/μL,细菌性软腐病菌的灵敏度为103cfu/mL;检测结果稳定可靠。因此,本研究建立的多重PCR检测方法可有效应用于检测香蕉发病组织中的香蕉枯萎病菌和细菌性软腐病菌,也可用于香蕉种苗和田间土壤带病菌的监测,为香蕉种植保驾护航。

香蕉种苗中枯萎病菌和细菌性软腐病菌实时荧光PCR检测

香蕉枯萎病菌和细菌性软腐病菌复合侵染且潜伏期较长,建立香蕉种苗病害早期监测的分子检测方法非常重要。本文基于尖孢镰刀菌古巴专化型1号生理小种(Fusarium oxysporum f.sp.cubense race 1,FOC1)基因组Contig 438区间(35631~37693 bp)(GenBank:AMGP01000438.1)设计特异扩增引物qFOC1-F/-R、4号生理小种(Fusarium oxysporum f.sp.cubenserace4,FOC4)基因组Contig195区间(4028~6126bp)(GenBank:AMGQ01000195.1)设计特异扩增引物qFOC4-F/-R,同时以香蕉细菌性软腐病菌Dickeya zeae的促旋酶B亚单位基因(Subunit B of gyrase gene)(GenBank:JQ284039)序列设计特异扩增引物qgyrB-F/-R。qPCR检测结果显示:实时荧光检测引物扩增特异性强。通过拟合曲线方程分析得到:检测香蕉枯萎病菌的DNA浓度最低限为3 pg·μL^(-1),细菌性软腐病菌的菌液浓度最低限灵敏度为70 cfu·mL^(-1),检测灵敏度较高,结果稳定可靠。因此,本研究建立的实时荧光PCR检测方法可有效应用于检测香蕉种苗中的香蕉枯萎病菌和细菌性软腐病菌,确保种苗的安全生产。

香蕉细菌性软腐病防控药剂筛选及田间应用效果评价

为筛选出香蕉细菌性软腐病的有效防控药剂,通过室内抑菌、盆栽防效以及大田试验,系统开展香蕉细菌性软腐病防治药剂筛选,为生产上的防治提供参考和科学依据。采用含毒介质法中的最低抑制浓度法,测定包括抗生素类和非抗生素类等11种杀菌剂对香蕉细菌性软腐病菌的室内抑菌效果,筛选具有抑菌效果的10种药剂进行盆栽试验,并对4种盆栽试验防治效果较好的药剂开展田间防治试验。结果表明:(1)11种药剂中抗生素类药剂以四霉素抑菌效果较好,抑菌最低有效浓度为1.74μg/mL,其次为硫酸链霉素、春雷霉素、中生菌素,抑菌最低有效浓度分别为9.10、29.50、89.10μg/mL;非抗生素类药剂以铜制剂类抑菌效果较好,噻霉酮抑菌最低有效浓度为89.55μg/mL,其次为王铜、噻菌铜,抑菌最低有效浓度分别为445.00、595.00μg/mL。(2)春雷霉素的盆栽防治效果较好,防效达67.97%,其次为噻霉酮、中生菌素、噻菌铜,防效分别为64.58%、63.53%、61.83%。(3)春雷霉素防治效果达90.19%,其次为噻霉酮、中生菌素、噻菌铜,防治效果分别为89.84%、84.60%、74.59%。4种药剂对香蕉细菌性软腐病的田间防治效果较好,可作为该病害的防治药剂在生产中交替喷淋应用。