水稻黄单胞菌Ⅲ型分泌系统酚类化合物抑制剂的筛选及其机制研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xiaokeai
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传统抗生素通常以细菌生存的关键因素为作用靶标,导致细菌抗药性的产生越来越普遍和严重。因此,靶向细菌毒性因子、而不影响细菌的生长,成为抗菌药物研发的新思路和新途径。细菌III型分泌系统(T3SS)是革兰氏阴性病原细菌中的关键毒性因子,已经成为了研发新型药物的理想靶标之一。水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)和细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)分别引起白叶枯病和条斑病,是水稻上重要的细菌性病害,研发新型有效的病害防治新药物是迫切需要解决的关键问题之一。T3SS是Xoo和Xoc的关键毒性因子,在两个致病变种中高度同源和保守,可以用作新型药物分子设计的靶标。因此,本研究鉴定了4种对其T3SS的功能有抑制作用的酚类化合物,探讨了它们抑制作用的分子机制,为其进一步在生产实际的病害防控中的应用提供理论依据。研究结果如下:1.水稻白叶枯病菌T3SS抑制剂的筛选和鉴定选用了一个编码harpin蛋白(一个T3SS分泌蛋白)的hpa1基因的启动子,构建了绿色荧光蛋白(GFP)报告系统;利用流式细胞术,检测了酚类化合物对Xoo菌株PXO99AT3SS的影响,以筛选出相应的抑制剂。在hrp基因诱导培养基XOM2中添加不同酚类化合物,检测细菌hpa1基因启动子活性。结果显示,在检测的45种化合物中,以对hpa1基因的启动子活性抑制率高于60%为标准,筛选到10种可能的T3SS抑制剂。随后,检测了它们对Xoo在非寄主烟草上引起过敏性反应(HR)能力的影响。结果发现,4种酚类化合物(TS006,TS010,TS015和TS018)完全抑制了Xoo在烟草上诱导HR的能力,并且它们对Xoo各生长阶段都未发现有抑制作用。以上结果说明,TS006,TS010,TS015和TS018是通过影响T3SS功能,而非细菌生长,影响了Xoo烟草诱导HR的能力。2.水稻白叶枯病菌T3SS抑制剂的作用机制为了进一步揭示这4种抑制剂抑制T3SS功能的分子机制,选取了hrp基因簇中hrp B和hrc C基因启动子,检测这4种抑制剂对它们活性的影响。hrp B基因启动子中含有一个完整的受Hrp X调控的PIP-box,而hrc C启动子中不含有PIP-box。结果显示,hrp B启动子活性被4种抑制剂显著抑制,而hrc C启动子活性不被抑制。通过q RT-PCR检测了不同类型hrp基因的m RNA水平,结果发现hpa1、hrp E、hrp F、hrc C、hrc T、hrc U以及调控基因hrp G和hrp X的转录水平都有不同程度的降低,表明4种抑制剂影响了Xoo中T3SS的表达水平,而且可能是通过Hrp G/Hrp X的调控途径来实现的。采用Cya-转导试验,发现4种抑制剂对两个T3SS的Non-TAL效应子(PXO04172和PXO03702)转导的抑制作用。另外,检测了4种抑制剂对gum基因表达的影响,发现gum基因m RNA水平并没有降低,表明4种抑制剂可能并不影响EPS的产生。3.T3SS抑制剂对水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌致病性的影响检测了4种T3SS抑制剂是否抑制Xoo和Xoc对水稻的致病性。结果表明,在水稻感病品种IR24幼苗叶片上,Xoo引起的水渍状病斑以及Xoc引起的病症均可被TS006,TS010,TS015,TS018显著地抑制。而在IR24成株叶片上,Xoo和Xoc引起的白叶枯和条斑病害症状也在不同程度上被抑制。总之,本研究鉴定出了4个T3SS抑制剂,揭示了它们可能通过Hrp G/Hrp X调控途径影响了hrp基因转录以及T3SS效应子转导,从而不同程度地影响了Xoo和Xoc在水稻上的致病性。这一结果为这四个T3SS抑制剂在农业生产上作为细菌病害的新型防治药剂应用提供了理论依据。
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