免费文献传递   相关文献

Research progress in the pathogenic mechanism of Dickeya spp.

细菌性软腐病菌Dickeya致病机理的研究进展



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(4): 337 ̄349(2015)
收稿日期: 2014 ̄04 ̄13ꎻ 修回日期: 2015 ̄02 ̄22
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31270170ꎻ31201479)ꎻ高等学校博士学科点专项科研基金(20124404120031)
通讯作者: 张炼辉ꎬ教授ꎬ主要从事微生物学、植物病理学研究ꎮ Tel:020 ̄85288229ꎬ传真:020 ̄85280292ꎬE ̄mail:lhzhang01@scau.edu.cn
第一作者: 周佳暖ꎬ女ꎬ广东普宁县人ꎬ助理研究员ꎬ博士ꎬ主要从事植物病理学研究ꎻE ̄mail:jianuanzhou@scau.edu.cnꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.04.001
􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃
􀤃􀤃􀤃􀤃􀤃
􀤃
􀦃 􀦃
􀦃
􀦃
专题评述
细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
周佳暖ꎬ 姜子德ꎬ 张炼辉∗
(华南农业大学资源环境学院植物病理系ꎬ广东省微生物信号与作物病害防控重点实验室ꎬ广州 510642)
摘要:由 Dickeya spp.引起的细菌性软腐病在多种作物和花卉上常造成严重的经济损失ꎬ尤其近年来由 D. zeae引起的水稻
细菌性基腐病和香蕉软腐病ꎬ以及由 D. solani引起的马铃薯软腐病均造成重大的农业失收ꎬ这些问题促进了对该属细菌致
病机理的重视和深入研究ꎮ 同时ꎬDickeya属细菌基因组序列的发表将进一步加速对这些重要病原微生物的研究ꎮ 本文旨
在对 Dickeya属细菌的寄主范围、主要致病因子及其调控系统的研究进展作详细的梳理分析ꎬ以明确这一重要领域的研究
现状并为从分子水平上阐明 Dickeya属病原细菌的致病机理和寄主专化性提供依据ꎮ
关键词:细菌性软腐菌ꎻ 致病因子ꎻ 调控因子
Research progress in the pathogenic mechanism of Dickeya spp.   ZHOU Jia ̄nuanꎬ
JIANG Zi ̄deꎬ ZHANG Lian ̄hui  (Guangdong Province Key Laboratory of Microbial Signals and Disease Controlꎬ De ̄
partment of Plant Pathologyꎬ College of Natural Resources and Environmentꎬ South China Agricultural Universityꎬ Guangzhou
510642ꎬ China)
Abstract: Bacterial soft rot diseases caused by Dickeya spp. can result in serious economic losses on a variety
of crops and ornamental plants. Recent outbreaks of rice bacterial foot rot and banana soft rot caused by D. zeaeꎬ
and potato bacterial soft rot diseases caused by D. solani have drawn much attention to the pathogens and promo ̄
ted further research on their pathogenic mechanisms. Meanwhileꎬ the newly released genome sequences of seve ̄
ral Dickeya spp. strains will substantially facilitate further investigations on the virulence mechanisms of these
important bacterial pathogens. In this review paperꎬ we focus on the host range of Dickeya spp.ꎬ their major
pathogenic factors and the related regulatory mechanisms. A clear understanding of the current research status of
Dickeya will provide a solid foundation for further elucidation of their pathogenic mechanisms and host specificity.
Key words: bacterial soft rotꎻ pathogenic factorsꎻ regulatory factors
中图分类号: S432.1          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2015)04 ̄0337 ̄13
    Dickeya是近年来成立的植物病原细菌新属ꎬ
其模式菌为原来的菊欧氏菌(Erwinia chrysanthe ̄
mi)ꎮ Dickeya spp.引起的细菌性软腐病常给作物
和花卉产业带来严重的经济损失ꎮ 目前ꎬD. zeae
引起的水稻细菌性基腐病和香蕉细菌性软腐病已
成为水稻稻作区和香蕉产区的重大威胁[1ꎬ2]ꎬ特别
是后者ꎬ发生范围在不断扩大ꎮ 另外ꎬD. solani 所
引起的马铃薯细菌性软腐病近年造成了欧洲国家、
以色列和美国的乔治亚州马铃薯的大幅减产[3ꎬ4]ꎬ
在我国马铃薯产区也有发生ꎮ 该病是一种新发现
的随马铃薯种薯传播的细菌性病害ꎬ比传统的黑胫
病菌(E. carotovora pv. atroseptica)侵染性更强ꎬ
对欧洲的马铃薯生产已构成威胁[3ꎬ4]ꎮ
    目前ꎬNCBI数据库上公布的 Dickeya 属细菌全
基因组序列有 5 个ꎬ包括 D. zeae Ech586 (NC _
013592ꎬ4 818 394 nt)、D. zeae EC1(NZ_CP006929.1ꎬ
 
植物病理学报 45卷
4 532 364 nt)、 D. paradisiaca Ech703 (NC _ 012880ꎬ
4 679 450 nt)、D. dadantii 3937(NC_014500ꎬ4 922 802
nt)和 D. chrysanthemi Ech1591(NC_012912ꎬ4 813
854 nt)ꎮ 同时ꎬ也有一些 Dickeya致病菌株也完成
部分测序ꎮ 这些基因组数据的发表将有助于明确
Dickeya属细菌的亲缘关系和病原 ̄寄主的专一性
互作关系ꎬ并进一步加速对这些重要病原菌致病机
理的研究ꎮ
    Dickeya属细菌包括 7 个种ꎬ对该属细菌致病
因子的研究多见于 D. dadantii 和 D. zeae 的部分
菌株ꎬ涉及主要致病因子和调控机理包括胞外降解
酶、毒素和 AHL群体感应系统等ꎬ但该属细菌引起
病害发生的机理尚缺乏深入和系统的研究ꎮ 本文
将结合基因组序列比较分析的最新研究结果ꎬ对
Dickeya属的分类及寄主范围、主要致病因子、致病
基因调控系统的研究进展进行综述ꎬ为解析和阐明
细菌性软腐病菌的致病机理提供系统的分析资料ꎮ
1  Dickeya spp. 的分类及寄主范围
    Dickeya spp.(原名 Pectobacterium chrysanthe ̄
mi、Erwinia chrysanthemi)为革兰氏阴性细菌ꎬ在世
界范围内引起多种作物和花卉(包括 11个目 16个
属的双子叶植物和 5 个目 10 个属的单子叶植物)
的软腐病[1ꎬ3ꎬ4]ꎮ 根据对寄主的致病性、生理生化
及分子生物学等方面的差异ꎬ研究者们将 Erwinia
chrysanthemi的不同生理和致病变种做了进一步的
分类定位ꎬ组成了 Dickeya 属(表 1)ꎮ 该属细菌目
前包括 7个种ꎬ分别为:D. chrysanthemi、D. dianthi ̄
cola、D. dieffenbachiae、D. paradisiaca、D. dadantii、
D. zeae 和 D. solani[1ꎬ3ꎬ4~7]ꎬ其中 D. paradisiaca 未
见引起花卉病害的报道ꎬ而 D. solani 只在欧洲的
马铃薯上造成软腐病[3ꎬ4](表 1)ꎮ 作为十大植物病
原菌之一ꎬDickeya属细菌越来越受到人们的关注ꎬ
特别是近年来引起水稻细菌性基腐病和香蕉软腐
Table 1  The members and host range of Dickeya spp.[1ꎬ2ꎬ4]
Species name Synonyms Hosts
D. chrysanthemi E. chrysanthemi biovar 5ꎬ 6ꎻ
E. chrysanthemi pv. chrysanthemiꎻ
P. chrysanthemi pv. chrysanthemiꎻ
E. chrysanthemi pv. partheniiꎻ
P. chrysanthemi pv. parthenii
Potatoꎬ chicoryꎬ tomatoꎬ sunflowerꎬ Chrysanthemum spp.ꎬ
Partheniumꎬ artichokeꎬ Philodendron
D. dianthicola E. chrysanthemi biovars 1ꎬ 7ꎬ 9ꎻ
E. chrysanthemi pv. dianthicolaꎻ
P. chrysanthemi pv. dianthicola
Dianthus spp.ꎬ potatoꎬ tomatoꎬ chicoryꎬ artichokeꎬ Dahliaꎬ
Kalanchoeꎬ Begonia bertiniiꎬ Freesiaꎬ hyacinthꎬ irisꎬ Zant ̄
edeschia
D. dieffenbachiae E. chrysanthemi biovars 2ꎻ
E. chrysanthemi pv. dieffenbachiaeꎻ
P. chrysanthemi pv. dieffenbachiae
Dieffenbachiaꎬ tomatoꎬ bananaꎬ Phalaenopsis aphroditaꎬ
Philodendron ‘con ̄go’
D. paradisiaca E. chrysanthemi biovars 4ꎻ
E. chrysanthemi pv. paradisiacalꎻ
E. ParadisiacaꎻBrenneria paradisiaca
Potatoꎬ bananaꎬ maize
D. dadantii E. chrysanthemi biovars 3 (some strains)ꎻ
P. chrysanthemi biovars 3 (some strains)
Potatoꎬ sweet potatoꎬ bananaꎬ maizeꎬ pineappleꎬ Dianthus
spp.ꎬ Euphorbiaꎬ Philodendronꎬ Pelargoniumꎬ Saintpaulia
D. zeae E. chrysanthemi biovar 3 ( some strains)
and biovar 8ꎻ
P. chrysanthemi biovar 3 ( some strains)
and biovar 8
Riceꎬ maizeꎬ sugarcaneꎬ bananaꎬ potatoꎬ cabbageꎬ peanutꎬ
carrotꎬ tobaccoꎬ Belamcandaꎬ Balsamineꎬ pineappleꎬ
Chrysanthemum spp.ꎬ irisꎬ Brachiariaꎬ Hemerocallisꎬ Pen ̄
nisetum
D. solani E. chrysanthemi biovar 3 (some strains) Potato
833
 
  4期 周佳暖ꎬ等:细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
病的 D. zeae 已成为国内外水稻稻作区和香蕉产
区的重大威胁[1ꎬ2]ꎮ
2  Dickeya spp.的基因组测序分析
    目前ꎬ已公布的 Dickeya 属细菌的全基因组序
列有 5个ꎬ包括 D. zeae Ech586(NC_013592ꎬ4 818
394 nt)、D. zeae EC1(NZ_CP006929.1ꎬ4532 364
nt)、D. paradisiaca Ech703(NC_012880ꎬ4 679 450
nt)、D. dadantii 3937(NC_014500ꎬ4 922 802 nt)和
D. chrysanthemi Ech1591 (NC_012912ꎬ4 813 854
nt)ꎬ与本研究团队最近测序的 D. zeae 菌株 EC1
的全基因组序列相比ꎬD. zeae EC1的基因组最小ꎬ
为 4 532 364 bpꎬ编码 4154个 ORFꎻD. dadantii 3937
基因组最大ꎬ为 4 922 802 bpꎬ编码 4687个 ORFꎬGC
含量为 53. 43%ꎬ与 D. zeae Ech586 的 GC 含量
(53.6%)相近ꎮ 另外ꎬ与其它菌株相比ꎬD. zeae EC1
含有更多的 tRNA、转座子和特有基因(表 2)ꎮ
    从基因组比较分析的结果可以看出ꎬ即使是同
一种病原菌的不同菌株如ꎬ D. zeae EC1 和
Ech1591之间ꎬ以及 Ech703、3937 和 Ech586 之间ꎬ
由于基因重组或基因突变ꎬ造成遗传本质(核苷酸
序列)变化ꎮ 这些变化可能也反映了地理环境、病
原 ̄寄主互相作用对进化的深刻影响ꎮ 从目前的研
究结果可以推断ꎬ来自不同地区或者不同寄主的菌
株可能存在着明显的致病力分化和寄主专化性现
象ꎮ 系统了解 Dickeya属不同种、不同菌株之间的
致病力差异ꎬ以及对其基因组进行测序和序列分
析ꎬ将有利于揭示 Dickeya 病原菌的致病力分化机
制和致病的分子机理ꎮ
3  Dickeya细菌致病因子的研究进展
    以往对 Dickeya 属细菌的研究主要集中在
D. dadantii上ꎬ特别是对侵染双子叶植物的 3937
和 EC16两个菌株的研究较多ꎮ 近年来ꎬ 我们和其
他研究者们对引起水稻细菌性基腐病的 D. zeae
EC1也开展了一些研究ꎮ Dickeya属细菌致病因子
的研究主要集中在病菌产生和分泌的胞外多糖和
胞外酶ꎮ 另外ꎬ铁载体( siderophores) [8]、靛蓝色素
(pigment indigoidine) [9]、鞭毛和趋性基因[10ꎬ11]、II
型[12~14]、III型[15ꎬ16]、IV型和 VI型分泌系统[17]、群
体感应调控系统[18ꎬ19]和聚酮多胺类毒素[1ꎬ20]也在
细菌侵染和致病过程中起着相应的作用ꎮ
3.1  胞外多糖及其相关基因
    植物病原细菌的毒性常常与产生胞外多糖
(EPS)密切相关ꎬ已有报道表明ꎬEPS 是病原细菌
产生水渍和萎蔫症状的主要毒性因子ꎬ如 Hay ̄
ward[21]研究发现ꎬEPS 是 R. solanacearum 造成萎
蔫的关键毒性因子ꎮ Kao 等[22]研究发现ꎬ两个青
枯病菌 EPS 突变体 KD700 和 KD710 及其他 EPS
缺失突变体在茄子和烟草上都表现出致病力降低ꎮ
在 D. dadantii 中ꎬEPS 由若干 eps 基因编码合成ꎬ
是构成病原菌致病能力的关键因素ꎮ 这些基因与
胞外酶产生基因直接连锁ꎬ受胞外酶阻遏蛋白
PecT的调控[23]ꎮ
    葡聚糖(OPG)是革兰氏阴性细菌细胞膜表面的
成分ꎬ具有调节渗透压的作用ꎬ也是D. dadantii在系
统侵染植物过程中必不可少的毒力因子ꎮ 研究发现
与 OPG合成有关的 2个基因(opgG、opgH)的突变
株缺乏产生 OPG 的能力ꎬ致病性丧失ꎬ并具有多效
性表型ꎬ表现为胞外酶合成能力降低、胞外葡聚糖合
成过剩和侵染性降低ꎬ胞外酶合成能力降低导致致
病力降低ꎮ 突变株和野生型菌株联合接种试验表
明ꎬOPG是病原菌在植物中生长所必需的[24]ꎮ
Table 2  Genomic features of Dickeya spp.
Characteristic EC1 Ech1591 Ech586 3937 Ech703
Size bp 4 532 364 4 813 854 4 818 394 4 922 802 4 679 450
G+C content % 53.43 54.5 53.6 56.3 55
Predicted no. of CDS 4 154 4 367 4 318 4 687 4 136
Function assigned 3 880 4 163 4 144 4 543 3 970
Function unknown 274 204 174 144 166
Specific genes 826 1446 665 1 827     /
Transposases 65 55 11 50 13
933
 
植物病理学报 45卷
    Dickeya 属细菌可能的致病因子还有脂多糖
(LPS)ꎬLPS 合成基因的突变ꎬ减轻了病原菌在
Saintpaulia寄主上的毒性和对噬菌体的抗性[25]ꎮ
同时ꎬ研究发现一些 D. dadantii 的抗生素抗性突
变株的 LPS核心区结构发生变化ꎬ导致致病力降
低ꎬ但是胞外酶的分泌和其他性状不受影响[26]ꎮ
3.2  细胞壁降解酶及其相关基因
    细胞壁降解酶的种类很多ꎬ是病原菌侵染过程
中起重要作用的一类致病因子ꎮ 通常根据酶作用
的底物ꎬ分为角质酶 ( cutinase)、果胶酶 ( pecti ̄
nase)、纤维素酶(cellulose)、半纤维素酶(hemicel ̄
lulase)、蛋白酶(protease)和其它酶类ꎮ Dickeya 属
细菌已知可产生并分泌多种胞外酶ꎬ主要包括果胶
酸裂解酶 ( pectate lyaseꎬ Pel)、蛋白酶 ( proteaseꎬ
Prt)和纤维素酶( celluloseꎬCel)等[27ꎬ28]ꎬ其中果胶
裂解酶、纤维素酶和蛋白酶含有多个同功酶ꎬ这些
酶有选择性地在植物体内被诱导ꎬ引起植物组织软
腐崩溃ꎬ利于病原菌的进一步入侵和感染ꎮ
    植物组织典型的软腐浸渍主要是由果胶解聚
引起的ꎮ 果胶酶的攻击被认为是其他细胞壁降解
酶作用的先决条件ꎮ 果胶质是一种复杂的混合多
糖ꎬ占初生细胞壁多糖含量的 30%左右ꎬ由线性的
多聚半乳糖醛酸和穿插期间的鼠李糖半乳糖醛酸
聚糖组成ꎮ 在 Dickeya属细菌中ꎬ目前只报道了一
种鼠李糖半乳糖醛酸降解酶ꎬ即鼠李糖裂合酶
RhiE[27]ꎮ 使用遗传和生化方法已经鉴定出多种参
与多聚半乳糖醛酸的降解酶ꎬ包括 2个果胶乙酰酯
酶(PaeY和 PaeX) [28ꎬ29]、2个果胶甲基酯酶(PemA
和 PemB) [30]、8个果胶酸内裂解酶(PelA、B、C、D、
E、I、L和 Z) [31~34]、2 个果胶酸外裂解酶(PelW 和
PelX) [35ꎬ36] 和 4 个多聚半乳糖醛酸酶 ( PehV、
PehW、 PehX 和 PehN )ꎬ 这 些 酶 合 称 为 果 胶
酶[37ꎬ38]ꎮ 其中ꎬPel是果胶酶中最重要的酶ꎮ 次级
果胶酶 PelI、L 和 Z 的酶活性很低ꎬ但在侵染过程
中及寄主专一性上发挥很重要的作用[25]ꎮ 在
Dickeya 属细菌中ꎬ对果胶酶研究最深入的是
D. dadantii 3937ꎬPel、Pme 和 Pnl 是其引起病害的
重要致病因子[39ꎬ40]ꎮ
    纤维素也是一种多糖ꎬ但它是由葡萄糖分子链
构成ꎮ 纤维素酶主要表现葡聚糖酶活性ꎬ首先降解
纤维素ꎬ然后降解寄主的细胞壁ꎮ 在 Dickeya 属细
菌中ꎬ以往鉴定了 2 个纤维素酶基因 celV 和 celSꎬ
另一个纤维素酶 Cel5的结构及其分泌机理也有相
关报道ꎬCe15有催化区、连接区和纤维素结合区 3
部分组成ꎬ改变纤维素结合区的单个色氨酸残基ꎬ
则阻止 Dickeya属细菌通过 II 型途径分泌[41]ꎮ 在
菌株 D. dadantii 3937 中ꎬ纤维素酶的产生在生物
膜形成以及耐氯处理上起着重要的作用[16ꎬ42ꎬ43]ꎻ此
外ꎬ与野生型菌株 3937相比ꎬ纤维素基因(bcsA 和
bcsC)突变体菌株形成的生物膜较薄[16ꎬ42]ꎬ外源添
加纤维素酶只能降解部分 adrA基因突变体形成的
菌膜[42]ꎮ 根据 Mg2+浓度的变化ꎬ这 3 个基因的表
达受 PhoP ̄PhoQ双组份系统不同程度的调控[42]ꎮ
由于大面积的纤维素降解一般只发生在侵染的后
期ꎬ故有些研究者认为纤维素酶在致病过程中并不
特别重要[44]ꎮ
    高等植物的初生壁含有各种蛋白质ꎬ其中多数
为糖蛋白ꎮ 在某些植物中ꎬ蛋白质含量能占到整个
细胞壁的 15%ꎬ并同时起到结构和酶促的作用[45]ꎮ
研究表明ꎬ植物病原菌或其代谢产物干扰着由膜蛋
白控制的能量转运机制ꎬ可以直接或间接作用于膜
蛋白ꎬ从而影响膜转移活性和能量释放[46]ꎮ 关于
蛋白酶在病菌侵染中出现的时间ꎬ有研究表明[47]ꎬ
在病原菌产生的细胞壁降解酶中ꎬ蛋白酶是最先检
测到的ꎬ这说明在病原菌侵染的初期ꎬ蛋白酶就发
挥了作用ꎮ 在蛋白酶破坏植物细胞的同时ꎬ也引起
了植物的防卫反应并为病原菌的生长提供了营养ꎮ
在已报道的研究结果中ꎬ Dickeya 属细菌含有
PrtA、PrtB、PrtC、PrtG 等蛋白酶ꎬ它们属于金属蛋
白酶[48]ꎮ 在已公布的 Dickeya 属细菌全基因组序
列中进行蛋白酶基因的同源查找ꎬ我们发现ꎬ菌株
D. paradisiaca Ech703与其他菌株相比缺失了 prtG
基因ꎬ而 prtA、prtB、prtC 基因串联在一起ꎬ编码大
小分别为 50、53和 55 kDa的蛋白酶[49]ꎮ
3.3  鞭毛和趋性基因
    与其他的肠杆菌科细菌不同[10]ꎬDickeya 只编
码一种类型的鞭毛蛋白ꎮ 鞭毛蛋白一般负责细胞
运动和细胞内运输ꎬ分泌和膜泡运输ꎬ而趋化蛋白
负责细胞运动和信号转导ꎮ 在 D. dadantii 3937
中ꎬfliA基因的突变可阻断细菌的运动性ꎬ显著降
低细菌 Pel的产生以及病原菌在植物组织上的粘
附作用[10]ꎬ而趋性基因 ( cheW、 cheB、 cheY 和
043
 
  4期 周佳暖ꎬ等:细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
cheZ)的突变则可大大降低该菌的游动能力并明显
减弱其在拟南芥和马铃薯上的致病性[11]ꎮ 根据已
有的 D. dadantii 3937 的鞭毛基因簇序列ꎬ在已公
布的基因组序列中查找其同源基因ꎬ发现该基因簇
在已公布基因组序列的 Dickeya 细菌中高度保守ꎬ
核苷酸序列同源性为 77%~93%ꎬ但在菌株 D. para ̄
disiaca Ech703中ꎬ鞭毛基因并不聚集成簇ꎬ表明该
菌株与其他 Dickeya细菌亲缘关系较远ꎮ
3.4  由 out基因簇编码的 II型分泌系统
    II型分泌系统(T2SS)存在于多种革兰氏阴性
细菌ꎬ用于胞外蛋白的跨膜转运ꎮ D. dadantii 3937
菌株中ꎬT2SS由 out基因簇编码ꎬ参与许多胞外致
病因子包括 Pel 和 Cel 的分泌[12~14]ꎮ 该基因簇在
已公布基因组序列的 Dickeya 细菌中高度保守ꎬ核
苷酸序列同源性为 77%~94%(文章已投稿)ꎮ
3.5  由 hrp基因簇编码的 III型分泌系统
    大量的研究结果证明ꎬ多种植物病原细菌 III
型分泌系统(T3SS)与寄主的过敏性反应和病原菌
的致病性( hypersensitive response and pathogenici ̄
tyꎬHrp)相关ꎬ该分泌系统由 hrp 基因簇编码合成ꎮ
在 Dickeya属细菌中ꎬhrp 基因在病原菌的致病性
及其 与 寄 主 的 互 作 过 程 中 起 着 重 要 的 作
用[15ꎬ50~52]ꎮ Bauer等[51]在 D. dadantii 3937中发现
hrp基因簇ꎬ证明 hrp 基因及其产物 HarpinEch 也
是致病性的关键因子之一ꎬHarpinEch 能在非寄主
植物烟草上诱导产生过敏反应( hypersensitive re ̄
actionꎬHR)ꎮ Tang等[53]通过构建 D. chrysanthemi
分离株 CSCL006 的 DNA 文库ꎬ克隆了 hrpNC ̄
SCL006基因ꎬ其编码的产物 HarpinCSCL006 与来
自 D. dadantii EC16和 3937的 Harpin蛋白具有高
度的同源性ꎬ在大肠杆菌中高效表达 hrpNC ̄
SCL006基因ꎬ重组的蛋白注射到烟叶能引起典型
的过敏反应ꎮ 在 Dickeya 属细菌中ꎬ已报道 hrpXY
编码一个双组份调控系统( two ̄component systemꎬ
TCS)ꎬ该 TCS蛋白是激活 D. dadantii 3937 hrp 基
因簇表达所必需的[16]ꎮ 在菌株 D. dadantii EC16
中ꎬT3SS参与寄主早期的致病过程ꎬ而 D. dadantii
3937中 hrpN、hrpG 和 hrcC 基因的突变可减轻非
洲紫罗兰后期叶片病斑的扩大和病菌的生
长[15ꎬ50]ꎮ T3SS 除了参与植物—微生物相互作用
外ꎬ还与 Dickeya 细菌在气 ̄液相界面上的细菌生
物膜形成有关[16ꎬ54]ꎮ
3.6  IV型分泌系统
    IV型分泌系统(T4SS)有别于其他分泌系统ꎬ
除了可以从供体转运蛋白质到受体细胞外ꎬ还可转
运核酸[55ꎬ56]ꎮ 它主要起质粒接合转移、致病和
DNA释放 /吸收的功能[55ꎬ57]ꎮ T4SS 一般由 12 个
核心基因编码合成ꎬ分别为 virB1 ~ B11ꎮ VirB1 在
肽聚糖层形成孔洞ꎬ允许 T4SS 组件的通过ꎮ 之前
的研究结果表明ꎬVirB2 和 VirB5 蛋白质可构成
T4SS的胞外菌毛ꎬ而 virB4 和 virB11 编码合成
ATP酶ꎬ为大分子分泌、T4SS 组装和基质泵的形
成提供能量和动力ꎬVirB6、VirB8 和 VirB10 在膜
与膜之间形成膜通道ꎬ周质蛋白 VirB9与短脂蛋白
VirB7形成复合体ꎬ作为膜通道的一部分[55ꎬ58ꎬ59]ꎮ
T4SS在 Dickeya 细菌中高度保守ꎬ在已公布基因
组序列中ꎬ其核苷酸序列同源性为 96% ~ 97%ꎬ但
不存在于 D. paradisiaca Ech703菌株中ꎮ
3.7  VI型分泌系统
    VI型分泌系统(T6SS)最近才被发现ꎬ一开始
认为该系统参与了细菌的致病性和在宿主植物上
的定殖[60ꎬ61]ꎮ 随后的研究结果表明ꎬT6SS 参与许
多生物学过程ꎬ如介导细菌和真核生物之间的合作
或竞争作用ꎬ以及介导细菌生物膜的形成[62]ꎮ
T6SS通常由 12~20个成簇的基因编码ꎬ至少有 13
个基因构成了该系统的功能性组件[63]ꎮ 在 Dick ̄
eya 细菌中ꎬ D. zeae Ech586 和 D. chrysanthemi
Ech1591含有同样的 T6SSꎬ均由 17 个基因编码形
成[17]ꎬ但其功能目前未明确ꎮ 这 17 个基因在菌株
D. dadantii 3937、D. zeae Ech586 和 D. chrysanthemi
Ech1591中高度保守ꎬ但在 vgrG和 impB基因间ꎬ其核
苷酸序列差异非常大(未发表数据)ꎮ 与 T3SS、T4SS
相同ꎬT6SS在菌株 D. paradisiaca Ech703中不存在ꎮ
3.8  毒素
    Liu 等[64]在研究水稻基腐病菌侵染规律时发
现ꎬD. zeae EC1具有潜伏侵染和抑制水稻根生长
的现象ꎮ 最近研究表明ꎬD. zeae EC1 在非常低的
细菌浓度(102 CFU􀅰mL-1)接种的情况下ꎬ明显抑
制水稻种子萌发ꎬ而 D. dadantii 3937 菌株即使接
种浓度很高(106 CFU􀅰mL-1)ꎬ也没有任何的抑制
效果ꎬ推断D.zeae EC1能分泌一些抑制水稻种子
143
 
植物病理学报 45卷
Fig. 1  The molecular structure of zeamine and zeamine II in Dickeya zeae EC1[1]
萌发的物质[19]ꎮ Wu等[65]从 D. zeae 菌株 DZ1 分
离到该化合物ꎬ并通过核磁共振和质谱分析ꎬ确定
了该化合物的结构和功能ꎬ并命名为 zeamineꎮ
Zeamine属于聚酮多胺类抗生素ꎬ其化学结构特征
明显不同于其它病原细菌毒素和其它抗生素ꎮ 最
近ꎬ我们发现 D. zeae 菌株 EC1 亦同样产生 zea ̄
mineꎬ其分子式为 C49H105O4N6ꎬ分子量为 841.821
Daꎬ占野生型菌株 EC1产生毒素量的 60%ꎬ同时还
产生另外一种物质 zeamine IIꎬ分子式为C40H88ON5
(图 1)ꎬ分子量为 654.699 Daꎬ占野生型菌株 EC1
产生毒素量的 40%ꎬ同时通过 Tn5 转座子插入突
变获得了几株毒素突变体ꎬ并鉴定了其中的 2个毒
素合成基因 zmsA[1]和 zmsK[20]ꎮ 其中ꎬzmsA 编码
一个含有多个功能域的聚酮合成酶ꎬ它的缺失突变
体失去产生 zeamine 和 zeamine II 的能力[1]ꎬ而
zmsK则编码一个非核糖体肽合成酶ꎬ它的缺失突
变体仅产生 zeamine II 而不合成 zeamine[20]ꎮ 因
而可以推断 ZmsK参与 zeamine和 zeamine II共有
的聚酮化合物主链的合成ꎬ而 ZmsK则很可能利用
zeamine II作为底物进而合成 zeamineꎮ
    水稻接种试验结果表明ꎬzmsA 的缺失突变体
失去致病能力ꎬ而它的野生型菌株 EC1 则引起严
重的水稻基腐病(图 2)ꎮ 与其毒素合成的数量相
符ꎬzmsK的缺失突变体仅失去部分致病能力[20]ꎮ
上述结果说明 D. zeae 菌株 EC1 产生的植物毒素
zeamines是至关重要的致病因子ꎮ
    另外ꎬ对水稻基腐病菌菌株 EC1 的 zms 毒素
基因簇进行同源搜索的结果表明ꎬzms 基因簇在同
种但不同的分离菌株 D. zeae Ech586、及近缘种
D. dadantii 3937、D. paradisica Ech703 和 D. chry ̄
santhemi Ech1591 中并无明显的同源物ꎮ 很明显ꎬ
该基因簇为水稻致病菌株所特有ꎬ具有菌株特异性ꎮ
Fig. 2   Symptoms caused by the wild type
and zmsA mutant
2 mL of LB mediumꎬ EC1 and △zmsA bacterial cultures
were inoculated to the rice seedlingsꎬ respectively. Pictures
were taken after 7 d.
4  Dickeya细菌致病调控因子的研究进展
    Dickeya属细菌致病因子的产生受复杂的调控
网络控制ꎬ调控网络可由一系列因子诱发ꎬ如病原
细菌自身产生的化学信号、各种环境因子、植物细
胞降解中间产物及其它分子信号等ꎮ 目前已明确
的致病调控机制主要包括群体感应调控系统(quo ̄
rum ̄sensing systemsꎬQS)、环二鸟甘酸( cyclic ̄di ̄
GMPꎬc ̄di ̄GMP)蛋白、双组份调控系统( two ̄com ̄
ponent signal transduction systemsꎬTCS)和转录调
控因子( transcriptional regulatorsꎬTF)ꎮ
4.1  群体感应调控系统(quorum ̄sensing sys ̄
temsꎬQS)
    许多革兰氏阴性细菌利用 luxI / luxR 群体感应
系统调控致病基因的表达ꎮ 通常情况下ꎬluxI 编码
酰基高丝氨酸内酯( acylhomoserine lactoneꎬAHL)
家庭群体感应信号合成酶ꎬ而 luxR 编码 AHL 信号
243
 
  4期 周佳暖ꎬ等:细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
受体ꎮ 在与 AHL信号结合以后ꎬLuxR变成一个活
跃的转录因子ꎬ从而调节毒力基因的表达ꎮ 查找
luxI和 luxR 同源物的结果表明ꎬAHL 群体感应系
统在 Dickeya属病原细菌中普遍存在[20]ꎮ 但有趣
的是ꎬluxI的同源物在 D. paradisiaca Ech703 中没
有发现ꎮ 在 Dickeya属病原细菌中ꎬluxI 和 luxR 的
同源物分别为 expI 和 expRꎮ 研究发现 D. dadantii
菌株 3937可产生 4 种类型的 AHL 信号ꎬ包括 N ̄
(3 ̄oxo ̄hexanoyl)  ̄homoserine lactone(OHHLꎬ即 3 ̄
oxo ̄C6 ̄HSL)、N ̄3 ̄oxo ̄octanoyl ̄homoserine lactone
( OOHLꎬ 3 ̄oxo ̄C8 ̄HSL )、 N ̄( hexanoyl )  ̄homo ̄
serine lactone(HHLꎬ即 C6 ̄HSL)和 N ̄(decanoyl)  ̄
homoserine lactone(DHLꎬ即 C10 ̄HSL) (图 3)ꎬ其
中ꎬ前者产生的量最大ꎬ 后三者产生的量较
少[66ꎬ67]ꎮ expI基因可编码产生 OHHL 和 HHLꎬ该
基因的突变可显著影响菌株的 PelA 和 PelB 的产
生ꎬ凝胶迁移实验表明ꎬExpR 蛋白可结合到 5 个
pel基因(pelA、pelB、pelC、pelD、pelE)的启动子区ꎬ
因此ꎬ可影响这些基因的表达ꎮ 而 expI 基因的表
达受 ExpR 蛋白正调控ꎬ受转录调控因子 cAMP ̄
CRP和 PecS 负调控ꎬexpR 基因的表达受 ExpR 蛋
白负调控、受 cAMP ̄CRP正调控(图 4) [18]ꎮ
Fig. 3  The AHL quorum sensing signals produced by Dickeya dadantii 3937
Fig. 4  The quorum sensing systems and virulence regulation networks in Dickeya spp.[19ꎬ37ꎬ69ꎬ87ꎬ88]
343
 
植物病理学报 45卷
    与 D. dadantii 3937不同ꎬD. zeae EC1 只产生
一个明显的 AHL 类群体感应信号ꎬ即 N ̄(3 ̄oxo ̄
hexanoyl)  ̄homoserine lactone ( OHHLꎬ 3 ̄oxo ̄C6 ̄
HSL) [19]ꎮ 该信号由 luxI 的同源基因 expI 编码的
酶蛋白所产生ꎬexpI基因的突变可增强细胞的运动
性和减少生物膜的形成ꎬ同时部分降低了 EC1 对
水稻和马铃薯的致病能力[19]ꎮ
    由 S ̄ribosylhomocysteine 裂解酶 LuxS 产生的
AI ̄2代表另一种类型的细菌间通讯 QS 系统[68]ꎮ
在 Dickeya细菌中ꎬ在色氨酸浓度控制下ꎬAI ̄2 的
产生与否与吲哚 ̄3 ̄乙酸( IAA)途径密切相关[66]ꎬ
但色氨酸对植物的调控作用以及 AI ̄2在致病过程
中的生物学意义目前仍不清楚ꎮ
    最近ꎬ在 D. dadantii 3937 菌株中发现一种新
型的 QS群体感应信号ꎬ该群体感应信号由 vfm 基
因簇编码合成[69]ꎬ该基因簇位于 expI / expR 的上
游ꎬ但该信号的化学结构尚待鉴定明确ꎮ 在已公布
的基因组序列中进行 BLAST 比对发现ꎬ该基因簇
在 Dickeya细菌中高度保守(核苷酸同源性 70% ~
98%)ꎮ Nasser 等[69]研究表明ꎬvfm 基因簇与致病
因子和致病过程的调控有关(图 4)ꎮ
4.2  环二鸟甘酸(cyclic ̄di ̄GMPꎬc ̄di ̄GMP)
    在许多细菌中ꎬc ̄di ̄GMP 是一种普遍存在的
第二信使ꎬ负责细胞分裂、运动性、毒力调节ꎬ更重
要的是ꎬ它可作为一种关键的细胞内信号ꎬ控制细
菌从个体活动状态向生物膜状态相互转化ꎬ以抵御
各种环境压力ꎮ 细胞中 c ̄di ̄GMP的水平受两种作
用相反的酶控制ꎬ即二鸟苷酸环化酶( diguanylate
cyclaseꎬDGC)和磷酸二酯酶 ( phosphodiesteraseꎬ
PDE) [70ꎬ71]ꎮ DGC 通过 GGDEF 保守结构域催化
形成 c ̄di ̄GMPꎬPDE 通过 EAL(或 HD ̄GYP)结构
域将 c ̄di ̄GMP 裂解成线性二核苷酸[71ꎬ72]ꎮ 在
Dickeya细菌中ꎬc ̄di ̄GMP信号系统的研究主要集
中在 D. dadantii 3937 上ꎬ两个 EAL 蛋白 EcpB 和
EcpC被证明调控 c ̄di ̄GMP相关表型ꎬ包括生物膜
的形成和细胞运动、胞外酶的产生和 T3SS 的表
达[73]ꎮ 此外ꎬ已报导一个 GGDEF蛋白 AdrA可影
响生物膜的形成、纤维素合成和细胞形态[42]ꎮ 遗
传分析表明ꎬ两个 δ 因子 RpoN 和 HrpL 参与了
c ̄di ̄GMP对 T3SS的调控过程[73]ꎮ
4.3  双组份调控系统( two ̄component signal
transduction systemsꎬTCS)
    细菌通常利用信号转导系统来感测环境变化
并作出相应反应ꎬ这些环境变化包括特定的化学物
质、化学物质梯度以及温度、渗透压、气体、粘度、
pH值和光等的物理因素ꎮ 对于这些环境变化ꎬ细
菌依赖于几种分子机制以监控和传导信号ꎬ其中最
主要的当属双组分调控系统(TCS)ꎬ该系统由跨膜
二聚体传感器组氨酸激酶(histdine kinaseꎬHK)及
细胞质同源反应调节子( response regulatorꎬRR)组
成[74ꎬ75]ꎮ 通常情况下ꎬ含有跨膜结构域的传感器
HK监控环境信号ꎬ与信号的识别互作导致保守的
组氨酸残基自我磷酸化ꎬ随后结合磷酸基团的组氨
酸将该磷酸基团转移给同源 RR中 N端 REC结构
域上的天冬氨酸残基ꎬ导致 C端 DNA结合结构域
的属性改变进而激活或抑制目标基因的转
录[75ꎬ76]ꎬ从而使细菌对环境变化作出恰当的反应
以适应新的环境条件ꎮ
    细菌常常进化产生多种 TCS系统以应对众多
环境因素改变ꎮ 例如大肠杆菌基因组编码 62个不
同的 TCS系统ꎬ参与各种生物过程的调节ꎬ如趋化
作用、渗透调节、代谢和运输等[76]ꎮ 在 Dickeya 细
菌中ꎬ迄今只报道了 D. dadantii 3937 菌株的 4 对
TCS系统的生物功能ꎬ包括参与 T3SS 调控的
HrpY / HrpX[54]ꎬ参与病原菌 ̄寄主相互作用和细菌
群集性基因调控的 GacS / GacA[77]ꎬ与细菌定植相
关的 PhoQ / PhoP[78]ꎬ以及调控胞外降解酶产生的
新群体感应信号 vfm基因簇中的 VfmH / VfmI[69]ꎮ
4.4  转录因子( transcriptional regulatorsꎬTF)
    转录因子是细菌细胞内的一大类调控因子ꎬ参
与调控多种细菌的生理生化过程ꎮ 目前已报道的
转录因子有许多家族ꎮ 在 Dickeya 属细菌中ꎬ调控
因子的研究集中在 D. dadantii 3937ꎮ Reverchon
等[79]报道了 4 个 MarR / SlyA 家族基因和另外 10
个 MarR家族调节子ꎬ这些基因控制着细胞的各种
生物过程ꎬ包括适应不利的环境和毒力ꎮ 其中ꎬ
SlyA对果胶裂解酶起着重要的正调控作用ꎬ但不
影响其他胞外酶的产生ꎮ slyA 突变体的 pelA、
pelB、pelC、pelD、pelE、pelI、pelL表达水平较之野生
型有明显的下降[80]ꎮ 与 SlyA 相反ꎬKdgR 则作为
443
 
  4期 周佳暖ꎬ等:细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
负调节因子参与致病基因的调控(图 4) [18ꎬ81]ꎮ 在
不发生侵染时ꎬKdgR 结合在一些不同基因的操纵
子保守结合位点上ꎬ这些基因包括果胶酸盐裂解酶
基因、纤维素酶基因、蛋白酶基因和 T2SS 及 T3SS
蛋白基因ꎮ 开始发病时果胶降解中间产物逐渐增
多ꎬ它们和 KdgR 互作ꎬ使 KdgR 从结合位点上解
离从而诱导致病因子产生(图 4)ꎮ 这些在侵染特
定时期协同表达的酶和其它致病因子对于病原菌
战胜植物的防卫反应并引起发病是必须的ꎮ PecT
属于 LysR家族转录调节因子ꎬ它控制果胶裂解酶
基因的表达ꎬ也控制胞外多糖生物合成有关基因的
表达[18ꎬ82]ꎻ pecS 基因族含有两个不同转录基因
pecS和 pecMꎬ在 D. dadantii 3937 中ꎬPecS 可以负
调控纤维素酶和鞭毛的生物合成[18ꎬ82]ꎬ但却正调
控 peh基因的表达(图 4) [38]ꎮ
5  存在问题与研究展望
    目前ꎬ对 Dickeya属细菌的研究主要集中在 D.
dadantii 3937菌株和 D. zeae EC1 菌株ꎬ前者主要
针对胞外降解酶进行了系统性研究[16ꎬ39ꎬ40ꎬ43]ꎬ后者
主要针对 AHL 群体感应系统[19]和 zeamines 毒素
基因[1ꎬ20ꎬ65]做了初步研究ꎮ 对该属其他菌株的研
究主要集中在其系统发育亲缘关系上ꎬ而对于同属
不同种之间的致病性差异目前涉及较少ꎬ除了
Hussain等[19]报道的 D. dadantii 3937 菌株不产生
D. zeae EC1菌株同样的毒素外ꎬ未见不同种或同
种不同菌株之间产生的其他致病因子的比较ꎻ值得
注意的是ꎬ同种不同菌株之间的致病性也存在着差
异ꎬ如分离自水稻的 D. zeae EC1 菌株和 D. zeae
ZJU1202[83]含有 zeamines 毒素基因ꎬ而分离自喜
林芋 Philodendron 的 D. zeae Ech586 和分离自香
蕉的D. zeae MS1[2]则不含有 zeamines 毒素基因
(未发表数据)ꎮ 从比较基因组学角度分析ꎬDick ̄
eya属细菌的基因组高度多元化ꎬ但目前只有少数
菌株被测序ꎬ需要进行更深入的研究以了解基因组
进化和寄主特异性之间的关系ꎮ 从 AHL 和 Vfm
群体感应信号的分析结果看ꎬ还需要进行更多的研
究来弄清这两个信号系统的互作关系及其在细菌
生理和致病过程中的调控作用ꎻ基因组测序和比较
基因组发现ꎬ已测序的菌株都含有大量的特异性基
因和变异(未发表数据)ꎬ其中一些显然与致病过
程和寄主特异性相关ꎬ进一步研究可能会产生有趣
的结果和新的发现ꎮ 在 Dickeya 属细菌致病调控
机理研究方面ꎬ目前的研究工作比较零碎ꎬ缺乏系
统性ꎬ因此ꎬ有必要进行系统深入的研究以明确各
种机制在致病过程中的交互调控方式ꎬ为防治
Dickeya属病原细菌所引起的植物和花卉软腐病寻
找新的靶标ꎮ
参考文献
[1]   Zhou J Nꎬ Zhang H Bꎬ Wu Jꎬ et al. A novel multi ̄
domain polyketide synthase is essential for zeamine
antibiotics production and the virulence of Dickeya zeae
[J] . Molecular Plant-Microbe Interactionsꎬ 2011ꎬ 24
(10): 1156-1164.
[2]   Zhang J Xꎬ Lin B Rꎬ Shen H Fꎬ et al. Genome
sequnence of the banana pathogen Dickeya zeae strain
MS1ꎬ which causes bacteria soft rot [ J] . Genome
Announcementsꎬ 2013ꎬ 1 (3): e00317-13.
[3]   Sławiak Mꎬ van Beckhoven J R C Mꎬ Speksnijder A G
C Lꎬ et al. Biochemical and genetical analysis reveal a
new clade of biovar 3 Dickeya spp. strains isolated
from potato in Europe [ J] . European Journal of Plant
Pathologyꎬ 2009ꎬ 125 (2): 245-261.
[4]   Toth I Kꎬ van der Wolf J Mꎬ Saddler Gꎬ et al. Dick ̄
eya species: an emerging problem for potato produc ̄
tion in Europe [ J] . Plant Pathologyꎬ 2011ꎬ 60 (3):
385-399.
[5]   Samson Rꎬ Legendre J Bꎬ Christen Rꎬ et al. Transfer
of Pectobecterium chrysanthemi ( Burkholder et al.ꎬ
1953) Brenner et al. 1973 and Brenneria paradisiaca
to the genus Dickeya gen. nov. as Dickeya chrysanthe ̄
mi comb. nov. and Dickeya paradisiaca comb. nov.
and delineation of four novel speciesꎬ Dickeya dadantii
sp. nov.ꎬ Dickeya dianthicola sp. nov.ꎬ Dickeya dief ̄
fenbachiae sp. nov. and Dickeya zeae sp. nov [ J] .
International Journal of Systematic and Evolutionary
Microbiologyꎬ 2005ꎬ 55: 1415-1427.
[6]   Ma Bꎬ Hibbing M Eꎬ Kim H Sꎬ et al. Host range and
molecular phylogenies of the soft rot enterobacterial
genera Pectobacterium and Dickeya [J] . Phytopatholo ̄
gyꎬ 2007ꎬ 97 (9): 1150-1163.
[7]   Nassar Aꎬ Darrasse Aꎬ Lemattre Mꎬ et al. Characteri ̄
zation of Erwinia chrysanthemi by pectinolytic isozyme
543
 
植物病理学报 45卷
polymorphism and restriction fragment length polymor ̄
phism analysis of PCR ̄amplified fragments of pel
genes [J] . Applied and Environmental Microbiologyꎬ
1996ꎬ 62 (7): 2228-2235.
[8]   Franza Tꎬ Mahé Bꎬ Expert D. Erwinia chrysanthemi
requires a second iron transport route dependent of the
siderophore achromobactin for extracellular growth and
plant infection [J] . Molecular Microbiologyꎬ 2005ꎬ 55
(1): 261-275.
[9]   Reverchon Sꎬ Rouanet Cꎬ Expert Dꎬ et al. Characteri ̄
zation of indigoidine biosynthetic genes in Erwinia
chrysanthemi and role of this blue pigment in pathoge ̄
nicity [ J] . Journal of Bacteriologyꎬ 2002ꎬ 184 (3):
654-665.
[10] Jahn C Eꎬ Willis D Kꎬ Charkowski A O. The flagellar
sigma factor fliA is required for Dickeya dadantii viru ̄
lence [ J ] . Molecular Plant ̄Microbe Interactionsꎬ
2008ꎬ 21(11): 1431-1442.
[11] Antúnez ̄Lamas Mꎬ Cabrera ̄Ordóñez Eꎬ López ̄Sola ̄
nilla Eꎬ et al. Role of motility and chemotaxis in the
pathogenesis of Dickeya dadantii 3937 ( ex Erwinia
chrysanthemi 3937) [J] . Microbiologyꎬ 2009ꎬ 155(Pt
2): 434-442.
[12] Condemine Gꎬ Dorel Cꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat Nꎻ
et al. Some of the out genes involved in the secretion
of pectate lyases in Erwinia chrysanthemi are regulated
by kdgR [J] . Molecular Microbiologyꎬ 1992ꎬ 6(21):
3199-3211.
[13] Lindeberg Mꎬ Collmer A. Analysis of eight out genes
in a cluster required for pectic enzyme secretion by Er ̄
winia chrysanthemi: sequence comparison with secre ̄
tion genes from other gram ̄negative bacteria [J] . Jour ̄
nal of Bacteriologyꎬ 1992ꎬ 174(22): 7385-7397.
[14] Lindeberg Mꎬ Boyd C Mꎬ Keen N Tꎬ et al. External
loops at the C terminus of Erwinia chrysanthemi
pectate lyase C are required for species ̄specific secre ̄
tion through the out type II pathway [ J] . Journal of
Bacteriologyꎬ 1998ꎬ 180(6): 1431-1437.
[15] Yang C Hꎬ Gavilanes ̄Ruiz Mꎬ Okinaka Yꎬ et al. hrp
genes of Erwinia chrysanthemi 3937 are important
virulence factors [J] . Molecular Plant ̄Microbe Interac ̄
tionsꎬ 2002ꎬ 15(5): 472-480.
[16] Yap M Nꎬ Yang C Hꎬ Barak J Dꎬ et al. The Erwinia
chrysanthemi type III secretion system is required for
multicellular behavior [ J] . Journal of Bacteriologyꎬ
2005ꎬ 187(2): 639-648.
[17] Sarris P Fꎬ Trantas E Aꎬ Skandalis Nꎬ et al. Phytobac ̄
terial type VI secretion system ̄gene distributionꎬ phy ̄
logenyꎬ structure and biological functions [ A] . In
book: Plant Pathology [M]ꎬ 2012. 3: 53-84.
[18] Reverchon Sꎬ Bouillant M Lꎬ Salmond Gꎬ et al.
Integration of the quorum ̄sensing system in the
regulatory networks controlling virulence factor
synthesis in Erwinia chrysanthemi [ J ] . Molecular
Microbiologyꎬ 1998ꎬ 29(6): 1407-1418.
[19] Hussain M B B Mꎬ Zhang H Bꎬ Xu J Lꎬ et al. The
acyl ̄homoserine lactone ̄type quorum ̄sensing system
modulates cell motility and virulence of Erwinia
chrysanthemi pv. zeae [ J] . Journal of Bacteriologyꎬ
2008ꎬ 190(3): 1045-1053.
[20] Cheng Y Yꎬ Liu X Lꎬ An S Wꎬ et al. A non ̄riboso ̄
mal peptide synthase containing a stand ̄alone conden ̄
sation domain is essential for phytotoxin zeamine
biosynthesis [ J ] . Molecular Plant ̄Microbe Interac ̄
tionsꎬ 2013ꎬ 26(11):1294-1301.
[21] Hayward A C. Biology and epidemiology of bacterial
wilt caused by Pseudomonas solanacearum [J] . Annu ̄
al Review of Phytopathologyꎬ 1991ꎬ 29: 65-87.
[22] Kao C Cꎬ Barlow Eꎬ Sequeira L. Extracellular
polysaccharide is required of wild ̄type virulence of
Pseudomonas solanacearum [J] . Journal of Bacteriolo ̄
gyꎬ 1992ꎬ 174 (3): 1068-1071.
[23] Condemine Gꎬ Castillo Aꎬ Passeri Fꎬ et al. The PecT
repressor coregulates synthesis of exopolysaccharides
and virulence factors in Erwinia chrysanthemi [ J] .
Molecular Plant ̄Microbe Interactionsꎬ 1999ꎬ 12(1):
45-52.
[24] Page Fꎬ Altabe Sꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat Nꎬ et al.
Osmoregulated periplasmic glucan synthesis is required
for Erwinia chrysanthemi pathogenicity. Journal of
Bacteriologyꎬ 2001ꎬ 183 (10): 3134-3141.
[25] Schoonejans Eꎬ Expert Dꎬ Toussaint A. Characteriza ̄
tion and virulence properties of Erwinia chrysanthemi
lipopolysaccharide ̄defectiveꎬ EC2 ̄resistant mutants
[J] . Journal of Bacteriologyꎬ 1987ꎬ 169: 4011-4017.
[26] Pérombelon M C M. Potato diseases caused by soft rot
643
 
  4期 周佳暖ꎬ等:细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
erwinias: an overview of pathogenesis [ J ] . Plant
Pathologyꎬ 2002ꎬ 51 (1): 1-12.
[27] Laatu Mꎬ Condemine G. Rhamnogalacturonate lyase
RhiE is secreted by the out system in Erwinia chrysan ̄
themi [J] . Journal of Bacteriologyꎬ 2003ꎬ 185 (5):
1642-1649.
[28] Shevchik V Eꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat N. Identifica ̄
tion of a bacterial pectin acetyl esterase in Erwinia
chrysanthemi 3937 [ J ] . Molecular Microbiologyꎬ
1997ꎬ 24 (6): 1285-1301.
[29] Shevchik V Eꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat N. PaeXꎬ a
second pectin acetylesterase of Erwinia chrysanthemi
3937 [J] . Journal of Bacteriologyꎬ 2003ꎬ 185 (10):
3091-3100.
[30] Shevchik V Eꎬ Condemine Gꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pat ̄
tat Nꎬ et al. Characterization of pectin methylesterase
Bꎬ an outer membrane lipoprotein of Erwinia chrysan ̄
themi 3937 [ J] . Molecular Microbiologyꎬ 1996ꎬ 19
(3): 455-466.
[31] Tardy Fꎬ Nasser Wꎬ Robert ̄Baudouy Jꎬ et al. Com ̄
parative analysis of the five major Erwinia chrysanthe ̄
mi pectate lyases: enzyme characteristics and potential
inhibitors [ J] . Journal of Bacteriologyꎬ 1997ꎬ 179
(8): 2503-2511.
[32] Shevchik V Eꎬ Robert ̄Baudouy Jꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄
Pattat N. Pectate lyase PelI of Erwinia chrysanthemi
3937 belongs to a new family [J] . Journal of Bacteri ̄
ologyꎬ 1997ꎬ 179 (23): 7321-7330.
[33] Lojkowska Eꎬ Masclaux Cꎬ Boccara Mꎬ et al. Charac ̄
terization of the pelL gene encoding a novel pectate
lyase of Erwinia chrysanthemi 3937 [ J] . Molecular
Microbiologyꎬ 1995ꎬ 16 (6): 1183-1195.
[34] Pissavin Cꎬ Robert ̄Baudouy Jꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pat ̄
tat N. Regulation of pelZꎬ a gene of the pelB ̄pelC
cluster encoding a new pectate lyase of Erwinia chry ̄
santhemi 3937 [ J] . Journal of Bacteriologyꎬ 1996ꎬ
178 (24): 7187-7196.
[35] Shevchik V Eꎬ Condemineꎬ G.ꎬ Robert ̄Baudouy Jꎬ et
al. The exopolygalacturonate lyase PelW and the oli ̄
gogalacturonate lyase Oglꎬ two cytoplasmic enzymes of
pectin catabolism in Erwinia chrysanthemi 3937 [ J] .
Journal of Bacteriologyꎬ 1999ꎬ 181 (13): 3912-3919.
[36] Shevchik V Eꎬ Kester H Cꎬ Benen J Aꎬ et al. Charac ̄
terization of the exopolygalacturonate lyase PelX of
Erwinia chrysanthemi 3937 [J] . Journal of Bacteriolo ̄
gyꎬ 1999ꎬ 181 (5): 1652-1663.
[37] Nasser Wꎬ Shevchik V Eꎬ Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat N.
Analysis of three clustered polygalacturonase genes in
Erwinia chrysanthemi 3937 revealed an anti ̄repressor
function for the PecS regulator [ J] . Molecular Micro ̄
biologyꎬ 1999ꎬ 34 (4): 641-650.
[38] Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat Nꎬ Shevchik V Eꎬ Nasser W.
PehNꎬ a polygalacturonase homologue with a low
hydrolase activityꎬ is coregulated with the other Erwin ̄
ia chrysanthemi polygalacturonases [ J ] . Journal of
Bacteriologyꎬ 2002ꎬ 184 (10): 2664-2673.
[39] Collmer Aꎬ Keen N T. The role of pectic enzymes in
plant pathogenesis [J] . Annual Review of Phytopatholo ̄
gyꎬ 1986ꎬ 24: 383-409.
[40] Cooper R M. The role of cell wall ̄degrading enzymes
in infection and damage [ A] . In RKS woodꎬ GJ
Jellisꎬ edsꎬ plant disease: infectionꎬ damage and loss
[M] . Oxford: Black Scientific Publicationꎬ 1984. 14-
27.
[41] Chapon Vꎬ Simpson H Dꎬ Morelli Xꎬ et al. Alteration
of a single tryptophan residue of the cellulose ̄binding
domain blocks secretion of the Erwinia chrysanthemi
Cel5 cellulase ( ex ̄EGZ) via the type II system [ J] .
Journal of Molecular Biologyꎬ 2000ꎬ 303 (2): 117-
123.
[42] Jahn C Eꎬ Selimi D Aꎬ Barak J Dꎬ et al. The Dickeya
dadantii biofilm matrix consists of cellulose nanofi ̄
bresꎬ and is an emergent property dependent upon the
type III secretion system and the cellulose synthesis
operon [J] . Microbiologyꎬ 2011ꎬ 157: 2733-2744.
[43] Prigent ̄Combare Cꎬ Zghidi ̄Abouzid Oꎬ Effantin Gꎬ et
al. The nucleoid ̄associated protein Fis directly modu ̄
lates the synthesis of celluloseꎬ an essential component
of pellicle ̄biofilms in the phytopathogenic bacterium
Dickeya dadantii [J] . Molecular Microbiologyꎬ 2012ꎬ
86 (1):172-186.
[44] Hugouvieux ̄Cotte ̄Pattat Nꎬ Condemine Gꎬ Nasser Wꎬ
et al. Regulation of pectinolysis in Erwinia chrysanthe ̄
mi [ J] . Annual Review of Microbiologyꎬ 1996ꎬ 50:
213-257.
[45] Showalter A M. Structure and function of plant cell
743
 
植物病理学报 45卷
wall proteins [J] . Plant Cellꎬ 1993ꎬ 5: 9-23.
[46] Novacky A. The effects of disease on the structure and
function of plant membranes [A] . In: Callowꎬ S. A.
(ed.) . Biochemical Plant Pathology [M] . New York:
John Wiley: 1983. 347-366.
[47] Carlile A J. Characterization of SNP1ꎬ a cell wall ̄de ̄
grading trypsinꎬ produced during infection by Stagono ̄
spora nodorum [ J] . Molecular Plant ̄Microbe Interac ̄
tionsꎬ 2000ꎬ 13 (5): 538-550.
[48] Ghigo J Mꎬ Wandersman C. A fourth metalloprotease
gene in Erwinia chrysanthemi [J] . Research in Micro ̄
biologyꎬ 1992ꎬ 143: 857-867.
[49] Nasrin K Pꎬ Condemine Gꎬ Hugouvieux C P. The
secretome of the plant pathogenic bacterium Erwinia
chrysanthemi [J] . Proteomics of Microbial Pathogensꎬ
2004ꎬ 4 (10): 3177-3186.
[50] Bauer D Wꎬ Bogdanove A Jꎬ Beer S Vꎬ et al. Erwinia
chrysanthemi hrp genes and their involvement in soft
rot pathogenesis and elicitation of the hypersensitive
response [ J] . Molecular Plant ̄Microbe Interactionsꎬ
1994ꎬ 7: 573-581.
[51] Bauer D Wꎬ Wei Z Mꎬ Beer S Vꎬ et al. Erwinia chry ̄
santhemi harpinEch: An elicitor of the hypersensitive
response that contributes to soft ̄rot pathogenesis [ J] .
Molecular Plant ̄Microbe Interactionsꎬ 1995ꎬ 8 (4):
484-491.
[52] Rojas C Mꎬ Ham J Hꎬ Schechter L Mꎬ et al. The
Erwinia chrysanthemi EC16 hrp / hrc gene cluster
encodes an active Hrp type III secretion system that is
flanked by virulence genes functionally unrelated to the
Hrp system [J] . Molecular Plant ̄Microbe Interactionsꎬ
2004ꎬ 17 (6): 644-653.
[53] Tang Cꎬ Cui Y Yꎬ Wu B Jꎬ et al. Molecular characteri ̄
zation and overexpression of Erwinia chrysanthemi
strain XSCL006 hrpNCSCL006 geneꎬ which encodes
an elictitor of the hypersensitive reaction ( in Chinese)
[J] . Journal of Agricultural Biotechnology (农业生物
技术学报)ꎬ 2006ꎬ 14 (5): 763-767.
[54] Yap M Nꎬ Yang C Hꎬ Charkowski A O. The response
regulator HrpY of Dickeya dadantii 3937 regulates
virulence genes not linked to the hrp cluster [ J] .
Molecular Plant ̄Microbe Interactionsꎬ 2008ꎬ 21 (3):
304-314.
[55] Fronzes Rꎬ Christie P Jꎬ Waksman G. The structural
biology of type IV secretion systems [ J ] . Nature
Reviews Microbiologyꎬ 2009ꎬ 7 (10): 703-714.
[56] Cruz F de laꎬ Frost L Sꎬ Meyer R Jꎬ et al. Conjugative
DNA metabolism in Gram ̄negative bacteria [ J ] .
FEMS Microbiology Reviewsꎬ 2010ꎬ 34 (1): 18-40.
[57] Alvarez ̄Martinez C Eꎬ Christie P J. Biological diversi ̄
ty of prokaryotic type IV secretion systems [J] . Micro ̄
biology and Molecular Biology Reviewsꎬ 2009ꎬ 73:
775-808.
[58] Chandran Vꎬ Fronzes Rꎬ Duquerroy Sꎬ et al. Structure
of the outer membrane complex of a type IV secretion
system [J] . Natureꎬ 2009ꎬ 462: 1011-1015.
[59] Fronzes Rꎬ Schäfer Eꎬ Wang Lꎬ et al. Structure of a
type IV secretion system core complex [ J] . Scienceꎬ
2009ꎬ 323 (5911): 266-268.
[60] Bladergroen M Rꎬ Badelt Kꎬ Spaink H P. Infection ̄
blocking genes of a symbiotic Rhizobium leguminosa ̄
rum strain that are involved in temperature ̄dependent
protein secretion [J] . Molecular Plant ̄Microbe Interac ̄
tionsꎬ 2003ꎬ 16 (1): 53-64.
[61] Mougous J Dꎬ Cuff M Eꎬ Raunser Sꎬ et al. A
virulence locus of Pseudomonas aeruginosa encodes a
protein secretion apparatus [ J] . Scienceꎬ 2006ꎬ 312
(5779): 1526-1530.
[62] Schwarz Sꎬ West T Eꎬ Boyer Fꎬ et al. Burkholderia
type VI secretion systems have distinct roles in
eukaryotic and bacterial cell interactions [ J] . PLoS
Pathogensꎬ 2010ꎬ 6 (8): e1001068.
[63] Boyer Fꎬ Fichant Gꎬ Berthod Jꎬ et al. Dissecting the
bacterial type VI secretion system by a genome wide in
silico analysis: what can be learned from available
microbial genomic resources? [ J] . BMC Genomicsꎬ
2009ꎬ 10: 104.
[64] Liu Q Gꎬ Wang Z Zꎬ Chen Y Tꎬ et al. Reinfection
and latent infection of Erwinia chrysanthemi pv. zeae in
rice ( in Chinese) [J] . Acta Phytophylacica Sinica (植
物保护学报)ꎬ 2003ꎬ 30 (3): 333-334.
[65] Wu Jꎬ Zhang H Bꎬ Xu J Lꎬ et al. 13C labeling reveals
multiple amination reactions in the biosynthesis of a
novel polyketide polyamine antibiotic zeamine from
Dickeya zeae [ J] . Chemical Communicationꎬ 2010ꎬ
46: 333-335.
843
 
  4期 周佳暖ꎬ等:细菌性软腐病菌 Dickeya致病机理的研究进展
[66] Crépin Aꎬ Barbey Cꎬ Beury-Cirou Aꎬ et al. Quorum
sensing signaling molecules produced by reference and
emerging soft ̄rot bacteria (Dickeya and Pectobacteri ̄
um spp.) [J] . PLoS Oneꎬ 2012ꎬ 7 (4): e35176.
[67] Nasser Wꎬ Bouillant M Lꎬ Salmond G P Cꎬ et al.
Characterization of the Erwinia chrysanthemi expI ̄expR
locus directing the synthesis of two N ̄acyl ̄homoserine
lactone signal molecules [J] . Molecular Microbiologyꎬ
1998ꎬ 29 (6): 1391-1405.
[68] Vendeville Aꎬ Winzer Kꎬ Heurlier Kꎬ et al. Making
‘ sense ’ of metabolism: autoinducer ̄2ꎬ LuxS and
pathogenic bacteria [ J] . Nature Reviewsꎬ 2005ꎬ 3
(5): 383-396.
[69] Nasser Wꎬ Dorel Cꎬ Wawrzyniak Jꎬ et al. Vfmꎬ a
new quorum sensing system controls the virulence of
Dickeya dadantii [ J] . Environmental Microbiologyꎬ
2013ꎬ 15 (3): 865-880.
[70] Tal Rꎬ Wong H Cꎬ Calhoon Rꎬ et al. Three cdg
operons control cellular turnover of cyclic di ̄GMP in
Acetobacter xylinum: genetic organization and occur ̄
rence of conserved domains in isoenzymes [J] . Journal
of Bacteriologyꎬ 1998ꎬ 180 (17): 4416-4425.
[71] Simm Rꎬ Morr Mꎬ Kader Aꎬ et al. GGDEF and EAL
domains inversely regulate cyclic di ̄GMP levels and
transition from sessility to motility [ J ] . Molecular
Microbiologyꎬ 2004ꎬ 53 (4): 1123-1134.
[72] Dow J Mꎬ Fouhy Yꎬ Lucey J Fꎬ et al. The HD ̄GYP
domainꎬ cyclic di ̄GMP signalingꎬ and bacterial
virulence to plants [ J ] . Molecular Plant ̄Microbe
Interactionsꎬ 2006ꎬ 19 (12): 1378-1384.
[73] Yi Xꎬ Yamazaki Aꎬ Biddle Eꎬ et al. Genetic analysis
of two phosphodiesterases reveals cyclic diguanylate
regulation of virulence factors in Dickeya dadantii [J] .
Molecular Microbiologyꎬ 2010ꎬ 77 (3): 787-800.
[74] Stock A Mꎬ Robinson V Lꎬ Goudreau P N. Two
component signal transduction [ J] . Annual Review of
Biochemistryꎬ 2000ꎬ 69: 183-215.
[75] West A Hꎬ Stock A M. Histidine kinases and response
regulator proteins in two ̄component signaling systems
[J] . Trends in Biochemical Sciencesꎬ 2001ꎬ 26 (6):
369-376.
[76] Zhou Lꎬ Lei X Hꎬ Bochner B Rꎬ et al. Phenotype
microarray analysis of Escherichia coli K ̄12 mutants
with deletions of all two ̄component systems [ J ] .
Journal of Bacteriologyꎬ 2003ꎬ 185 (16): 4956-4972.
[77] Yang S Hꎬ Peng Qꎬ San Francisco Mꎬ et al. Type III
secretion system genes of Dickeya dadantii 3937 are
induced by plant phenolic acids [J] . PLoS Oneꎬ 2008ꎬ
3 (8): e2973.
[78] Haque M Mꎬ Nahar Kꎬ Rahim M Aꎬ et al. PhoP ̄
PhoQ two ̄component system required for colonization
leading to virulence of Dickeya dadantii 3937 in planta
[ J] . Bangladesh Journal of Microbiologyꎬ 2008ꎬ 25
(1): 36-40.
[79] Reverchon Sꎬ Gijsegem F Vꎬ Effantin Gꎬ et al.
Systematic targeted mutagenesis of the MarR / SlyA
family members of Dickeya dadantii 3937 reveals a
role for MfbR in the modulation of virulence gene
expression in response to acidic pH [ J] . Molecular
Microbiologyꎬ 2010ꎬ 78 (4): 1018-1037.
[80] Haque M Mꎬ Kabir M Sꎬ Aini L Qꎬ et al. SlyAꎬ a
MarR family transcriptional regulatorꎬ is essential for
virulence in Dickeya dadantii 3937 [ J] . Journal of
Bacteriologyꎬ 2009ꎬ 191 (17): 5409-5418.
[81] Nasser Wꎬ Reverchon Sꎬ Condemine Gꎬ et al. Specific
interactions of Erwinia chrysanthemi KdgR repressor
with different operators of genes involved in pectinoly ̄
sis [ J] . Journal of Molecular Biologyꎬ 1994ꎬ 236:
427-440.
[82] Rouanet Cꎬ Reverchon Sꎬ Rodionov D Aꎬ et al.
Definition of a consensus DNA ̄binding site for PecSꎬ a
global regulator of virulence gene expression in Erwinia
chrysanthemi and identification of new members of the
PecS regulon [ J] . Journal of Biological Chemistryꎬ
2004ꎬ 279: 30158-30167.
[83] Li Bꎬ Shi Yꎬ Ibrahim Mꎬ et al. Genome sequence of
the rice pathogen Dickeya zeae strain ZJU1202 [ J] .
Journal of Bacteriologyꎬ 2012ꎬ 194 (16): 4452-4453.
责任编辑:李晖
943