西瓜嗜酸菌趋化性的初步研究

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  摘要
  瓜类细菌性果斑病是世界范围的检疫性细菌病害,病原菌为西瓜嗜酸菌,带菌种子为主要侵染源。病原细菌在寄主表面的定殖能力与其致病能力关系密切,而趋化性是决定定殖能力的关键因素之一,研究不同物质对西瓜嗜酸菌趋化性的影响对防治瓜类细菌性果斑病具有重要意义。本文采用毛细管法,研究了碳源、氨基酸、有机酸及其他物质对西瓜嗜酸菌趋化性的影响。结果表明,所测碳源中,麦芽糖、葡萄糖、乳糖、蔗糖和半乳糖均显著促进西瓜嗜酸菌的趋化性;所测氨基酸中,L精氨酸、L天冬氨酸、L组氨酸、L谷氨酸、L亮氨酸、L缬氨酸、L谷氨酰胺和L丙氨酸显著促进西瓜嗜酸菌的趋化性;所测有机酸中,琥珀酸、半乳糖醛酸和酒石酸显著促进西瓜嗜酸菌的趋化性;氯化钠、硫酸镁等对西瓜嗜酸菌的趋化性无显著影响。
  关键词
  西瓜嗜酸菌;趋化性;毛细管法
  中图分类号:
  S 436.5
  文献标识码:A
  DOI:10.3969/j.issn.05291542.2016.03.028
  Abstract
  Bacterial fruit blotch (BFB)is a worldwide quarantine disease, caused by Acidovorax citrulli, and seeds carrying bacteria are the main source of infection. The colonization of pathogenic bacteria in hosts is highly related to virulence, and chemotaxis is a key factor to the colonization of A. citrulli. Studying the effect of different substances on the chemotaxis of A. citrulli played a great role in preventing BFB. In this study, capillary method was used to determine the effects of carbon, amino acids, and organic acids on the chemotaxis of A. citrulli. The results showed that, among the carbon resources, maltose, glucose, lactose, sucrose, and galactose significantly promoted the chemotaxis of A.citrulli; among the amino acids, Larginine, Laspartic acid, Lhistidine, Lglutamic acid, Lleucine, Lvaline, Lglutamine and Lalanine significantly promoted its chemotaxis; among the organic acids, succinic acid, galacturonic acid and tartaric acid significantly promoted chemotaxis of A.citrulli; other substances such as NaCl and MgSO4 had no significant effect on its chemotaxis.
  Key words
  Acidovorax citrulli;chemotaxis;capillary method
  瓜類细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,简称BFB)是世界范围的检疫性细菌病害,主要危害西瓜、甜瓜、黄瓜等葫芦科作物,造成重大的经济损失。其病原菌是西瓜嗜酸菌(Acidovorax citrulli)[1],带菌种子为主要侵染源。病原细菌在寄主表面的定殖能力与其致病能力关系密切,而病原细菌的趋化能力是决定定殖能力的关键因素之一。
  细菌趋化性是指有运动能力的细菌对化学物质及其浓度梯度做出的反应,使细菌趋向有益刺激,逃避有害刺激。细菌的趋化性受复杂的趋化信号转导系统调控,与细菌致病性有密切的关系[2],是许多病原菌毒力的重要特征[34]。细菌的趋化性在病原菌定殖和侵染过程中起着不可或缺的作用,而鞭毛运动加强了侵染过程,缺乏趋化相关基因的菌株侵染能力下降[5]。相关研究表明,植物青枯菌在侵染番茄的初期,细菌与寄主植物番茄的相互识别及在寄主植物内定殖和菌株的趋化能力密切相关,失去趋化能力的菌株,致病力显著降低[6]。细菌趋化性与细菌在寄主植物表面的定殖关系密切,趋化核心基因的缺失导致细菌无法定殖,侵染能力严重下降[7]。由此可见,细菌的趋化性在病原菌的致病过程中起着至关重要的作用。
  目前对西瓜嗜酸菌趋化性的研究报道甚少,西瓜嗜酸菌是否具有趋化性,趋化性与侵染能力是否有直接的关系,均有待研究。为此,本文采用毛细管法对西瓜嗜酸菌Ac5进行了趋化性检测,以期为防治瓜类细菌性果斑病提供技术支撑。
  1材料与方法
  1.1菌种
  西瓜嗜酸菌Ac5菌株分离自台湾西瓜,由植物病虫害国家重点实验室蔬菜病害研究组保存。
  1.2培养基及试剂
  KB培养基:蛋白胨20 g,琼脂 15 g,K2HPO4 1.5 g,MgSO4·7H2O 1.5 g,甘油15.0 mL,加去离子水至1 L,pH=7.0,121℃灭菌20 min。
  无机培养基:磷酸氢二钠 3 g,磷酸二氢钾1 g,硫酸铵5 g,氯化镁0.02 g,氯化钙0.02 g,对氨基苯甲酸0.001 5 g,加去离子水至1 L,pH=7.0,121℃灭菌20 min。   趋化缓冲液:磷酸氢二钾2.282 2 g,EDTA 0.033 8 g,硫酸镁0.120 4 g,加去离子水至1 L,pH=7.0,121℃灭菌20 min。
  氨苄青霉素(Amp):50 mg/mL。
  碳源:乳糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、半乳糖;20种氨基酸:L丙氨酸、L缬氨酸、L异亮氨酸、L亮氨酸、L脯氨酸、L色氨酸、L苯丙氨酸、L蛋氨酸、L天冬氨酸、L谷氨酸、L赖氨酸、L精氨酸、L组氨酸、L甘氨酸、L丝氨酸、L苏氨酸、L半胱氨酸、L酪氨酸、L天冬酰胺、L谷氨酰胺;有机酸:苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、半乳糖醛酸、乙酸;其他物质:氯化钠、磷酸氢二钾、硫酸镁、酵母粉。其中L酪氨酸、苹果酸、半乳糖醛酸、琥珀酸和氨苄抗生素购自北京冰达生物科技有限公司,其他试剂均购自北京化工有限公司。
  1.3趋化待测液的制备
  用无机培养基配制2 g/L的蔗糖溶液,用0.22 μm过滤器过滤除菌,之后用无机培养基将其稀释为0.2 g/L。其他碳源、氨基酸及有机酸的配制方法同蔗糖趋化待测液,碳源和氨基酸终浓度为0.2 g/L,有机酸的终浓度为0.1 g/L。
  1.4菌液的制备
  取4℃保存的西瓜嗜酸菌Ac5菌株,用20 μL小枪头蘸取单菌落转移到液体KB培养基中,于28℃振荡培养10 h左右,28℃ 4 000 r/min離心10 min得到菌体,用趋化缓冲液清洗3次,调A600=0.1。
  1.5趋化反应试验
  采用毛细管法(图1)测定西瓜嗜酸菌的趋化性影响因素[8]。分别以不同碳源、20种常见氨基酸、不同有机酸和其他物质制备含0.2 g/L不同趋化物质的趋化待测液(有机酸含量为0.1 g/L),对照为不加任何趋化剂的趋化待测液。玻璃毛细管(内径0.3 mm)一端吸入5 μL趋化待测液,另一端用口香糖封闭,然后插入加了400 μL A600=0.1的西瓜嗜酸菌菌液的1 mL去头注射器中。28℃水平孵育1 h,取出用无菌水清洗表面,折断毛细管,将趋化待测液吹入1.5 mL离心管中,加入1 mL灭菌去离子水,之后取100 μL涂在含50 mg/mL Amp的KB平板上,40 h后用全自动菌落计数分析仪进行平板菌落计数。
  1.6数据分析
  试验中每处理均设3组重复,结果以平均值及标准误表示,试验数据采用Excel 2007软件进行分析。
  2结果与分析
  2.1不同碳源对西瓜嗜酸菌趋化性的影响
  与不含碳源的趋化待测液对照组相比,趋化待测液中加入麦芽糖、葡萄糖、乳糖、蔗糖或半乳糖后,毛细管中的西瓜嗜酸菌数量显著增多;半乳糖处理下嗜酸菌数量显著高于麦芽糖、葡萄糖和乳糖,而与蔗糖差异不显著(P<0.05)(图2)。碳源对细菌趋化作用的影响,一方面可能是由于糖代谢影响能量的供应,最终对趋化信号分子的传导产生影响,另一方面可能是由于西瓜嗜酸菌本身对这5种碳源有较强的趋化性所致[8]。
  2.220种常见氨基酸对西瓜嗜酸菌趋化性的影响
  图3显示,L精氨酸、L天冬氨酸、L组氨酸、L谷氨酸、L缬氨酸、L亮氨酸、L谷氨酰胺和L丙氨酸试验组毛细管中的西瓜嗜酸菌数量显著多于不加任何氨基酸的趋化待测液对照组;L谷氨酰胺处理下西瓜嗜酸菌的数量显著高于L精氨酸、L天冬氨酸、L组氨酸、L谷氨酸、L亮氨酸和L丙氨酸,与L缬氨酸差异不显著。其中L谷氨酰胺和L谷氨酸的增加有助于趋化信号转导途径中甲基化水平[9]。
  2.3不同有机酸对西瓜嗜酸菌趋化性的影响
  图4为不同有机酸对西瓜嗜酸菌趋化性的影响。琥珀酸、半乳糖醛酸和酒石酸试验组毛细管中的西瓜嗜酸菌的数量显著多于不加任何有机酸的趋化待测液对照组;柠檬酸和苹果酸处理下西瓜嗜酸菌的数量与不加任何有机酸的趋化待测液对照组相比要高,但是差异不显著,琥珀酸和半乳糖醛酸处理下西瓜嗜酸菌的数量与酒石酸处理差异不显著。研究表明油菜根系分泌物中含有大量的琥珀酸[10]。从黄瓜根际分离的拮抗菌SQR9对苹果酸和柠檬酸有较强的趋化性。柠檬酸显著诱导SQR9生物膜的形成,促进其在寄主根际的定殖[11]。这可能是由于柠檬酸和苹果酸是三羧酸循环中的重要的中间产物,对糖类的分解有显著的促进作用,从而为鞭毛的运动提供了动力。
  3讨论
  目前国内外研究细菌趋化性的方法主要有:游动平板法、琼脂块法、毛细管法、数量分析法等,游动平板法需用到基本培养基,然而西瓜嗜酸菌在基本培养基上生长欠佳,所以本试验选用比较常用的毛细管法,并结合平板菌落计数法对西瓜嗜酸菌进行计数[8]。
  本研究采用毛细管法研究了不同碳源、氨基酸、有机酸及其他物质对西瓜嗜酸菌Ac5菌株趋化性的影响,初步了解西瓜嗜酸菌Ac5菌株趋化性。半乳糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、乳糖、L谷氨酰胺、L缬氨酸、L异亮氨酸、L精氨酸、L组氨酸、L谷氨酸、L天冬氨酸、半乳糖醛酸及琥珀酸对西瓜嗜酸菌的趋化性有显著的促进作用。
  西瓜嗜酸菌Ac5菌株的趋化性差异是由不同物质及环境条件对趋化性的信号转导系统产生不同影响造成的。比如温度可以影响酶的活性,在趋化信号转导系统中组氨酸激酶在磷酸化/去磷酸化过程中起着关键的作用[1213],影响趋化信号的传递;L亮氨酸与亮氨酸拉链形成有关,在植物中多个亮氨酸拉链组成卷曲螺旋结构域,此结构域是亮氨酸拉链在抗性反应中发挥作用的主要形式,能够促进蛋白质的相互作用,主要功能是协助完成寄主病原物的识别及抗性反应信号的传导[14];柠檬酸显著诱导生物膜的形成,促进其在寄主根际的定殖[10];碳源、酵母粉等通过影响新陈代谢,对趋化信号分子的传导产生影响,同时分解代谢产生的能量可为鞭毛的运动提供动力;L谷氨酰胺和L谷氨酸的增加有助于趋化信号转导途径中甲基化水平[9],从而影响趋化转导过程。   西瓜嗜酸菌趋化性的信号转导机制及关键调控基因有待进一步研究,从而揭示趋化基因与西瓜嗜酸菌Ac5菌株趋化性的关系。我们将进一步研究信号转导系统和趋化性之间的关系,进而研究趋化性和致病性之间的复杂关系,从而创造对西瓜甜瓜有利的生活环境,减少瓜类细菌性果斑病对西甜瓜产业造成的损失。
  参考文献
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