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Identification and pathogenicity detection of the cherry gummosis pathogen

甜樱桃流胶病原菌的分子鉴定和致病性检测



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  45(4): 350 ̄355(2015)
收稿日期: 2014 ̄07 ̄04ꎻ 修回日期: 2015 ̄03 ̄11
基金项目: 农业部公益性行业(农业)科研专项(201203075)ꎻ山东省现代农业产业技术体系水果创新团队专项基金(SDAIT ̄03 ̄022 ̄04)ꎻ中
俄国际科技合作专项(2012DFR30700)
通讯作者: 刘庆忠ꎬ研究员ꎬ主要从事果树生物技术与资源育种研究ꎻTel:0538 ̄8266663ꎬE ̄mail:qzliu001@126.com
第一作者: 徐丽ꎬ女ꎬ山东曲阜人ꎬ助理研究员ꎬ博士ꎬ主要从事果树种质资源和生物技术育种研究ꎻE ̄mail:xuli1245@gmail.comꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2015.04.002
甜樱桃流胶病原菌的分子鉴定和致病性检测
徐 丽ꎬ 王甲威ꎬ 陈 新ꎬ 魏海蓉ꎬ 宗晓娟ꎬ 刘庆忠∗
(山东省果树研究所 /山东省果树生物技术重点实验室ꎬ泰安 271000)
摘要:为明确甜樱桃流胶病的病原菌ꎬ采用普通细菌学方法从 15 个病样中分离获得 10 个代表性菌株ꎬ对病原菌的形态学
特征、生理生化特性以及致病性进行了研究ꎮ 利用 PCR对菌株的 16S ̄23S rDNA转录间隔区( ITS)序列进行扩增ꎬ扩增产
物克隆测序ꎬ结果显示该菌株属于丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)ꎮ 用 MegAlign构建系统发育树ꎬ结果显示该菌株
与丁香假单胞菌丁香致病变种(P. syringae pv. syringae)亲缘关系最近ꎬ两者最先聚在一起ꎮ 分离菌株中均可检测到 syrB
基因ꎮ 研究结果表明 P. syringae pv. syringae为甜樱桃流胶病的病原菌ꎮ
关键词:甜樱桃流胶病ꎻ 丁香假单胞菌丁香致病变种ꎻ 16S ̄23S rDNA转录间隔区序列ꎻ 致病性ꎻ syrB基因
Identification and pathogenicity detection of the cherry gummosis pathogen  XU Liꎬ
WANG Jia ̄weiꎬ CHEN Xinꎬ WEI Hai ̄rongꎬ ZONG Xiao ̄juanꎬ LIU Qing ̄zhong  (Shandong Institute of Pomo ̄
logy / Shandong Province Key Laboratory of Fruit Tree Biotechnologyꎬ Tai’an 271000ꎬ China)
Abstract: To identify the pathogen of cherry gummosisꎬ ten representative bacterial strains were isolated from
15 plant samples with typical disease symptoms. These bacterial strains were identified as Pseudomonas syringae
based on morphologicalꎬ physiological and biochemical characteristicsꎬ pathogenicity test and sequencing analy ̄
sis of their internally transcribed spacer (ITS) regions of 16S~23S ribosomal DNA. Phylogenetic analysis further
indicated that these strains had a close genetic relationship with P. syringae pv. syringae. The syrB geneꎬ which
is conserved in P. syringae pv. syringae was found in all tested strains. Our data suggested that cherry gummosis
in Shandong Provinceꎬ China was caused by P. syringae pv. syringae.
Key words: cherry gummosisꎻ Pseudomonas syringae pv. syringaeꎻ 16S ̄23S rDNA ITSꎻ pathogenicityꎻ
syrB gene
中图分类号: S436.621.1          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2015)04 ̄0350 ̄06
    樱桃属于蔷薇科樱桃属落叶乔木ꎬ是我国特色
水果之一ꎮ 随着种植面积的不断扩大ꎬ樱桃流胶病
日趋严重ꎬ已严重影响了樱桃的产量和品质ꎬ并威
胁着我国樱桃产业的进一步发展[1]ꎮ 英国、墨西
哥和法国等国家也有相关报道[2~4]ꎮ 樱桃流胶病
病原属于丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)ꎬ
研究表明引起樱桃流胶的丁香假单胞菌变种主要
是 P. syringae pv. syringae 和 P. syringae pv. mor ̄
sprunorum[5~7]ꎮ P. syringae pv. syringae 造成的危
害较多ꎬ主要危害樱桃树体和枝干ꎬ发病时从主干、
主枝的伤口或者开裂处流出胶状粘液ꎬ也可造成顶
梢枯死ꎬ花枯和芽枯等症状ꎬ导致树势衰弱、减产ꎬ
严重时死树绝产[7ꎬ8]ꎮ 有研究表明丁香霉素是
P. syringaepv. syringae主要的致病因子[9]ꎬ而 syrB
基因能编码丁香霉素合成酶参与丁香霉素的合
成[10ꎬ11]ꎬ且 syrB基因在 P. syringae pv. syringae中
 
  4期 徐 丽ꎬ等:甜樱桃流胶病原菌的分子鉴定和致病性检测
是保守的[12ꎬ13]ꎮ
    目前国内尚未有关于甜樱桃流胶病原菌鉴定
的研究ꎬ其发病规律和防治方法尚不明确ꎮ 本研究
首次从甜樱桃发病枝条中分离纯化到病原菌ꎬ对病
原菌进行了鉴定和致病性测定ꎬ并对获得的菌株进
行了 16S ̄23S rDNA ITS 序列分子鉴定和 syrB 基
因检测ꎬ为该病害的进一步研究奠定了基础ꎮ
1  材料与方法
1.1  植物材料和培养基
    用于病菌分离的 15份感病植物材料采集于山
东省泰安市郊区樱桃园ꎮ NA (nutrient agar)培养
基:牛肉膏 0.3%ꎬ蛋白胨 1%ꎬ氯化钠 0.5%ꎬ琼脂
2%ꎬpH 7.0 ~ 7.4ꎻKB (King′s medium B)培养基:
月示蛋白胨 No.3 2%ꎬ磷酸氢二钾 0.15%ꎬ七水合
硫酸镁 0.15%ꎬ甘油 1.5%ꎬ琼脂 1.5%ꎬ pH7.0~7.4ꎮ
1.2  病原菌的分离
    采集的样品采用平板划线分离法进行分离ꎬ首
先将病组织用 75%酒精表面消毒ꎬ然后用无菌水
冲洗 3次ꎬ再用灭菌手术刀切取病健交界处的植物
组织ꎬ切成碎片后放入等量无菌水中浸泡 30 minꎬ
然后在 NA 平板培养基上划线分离ꎬ置 28℃恒温
箱中培养 48 hꎮ 挑取代表性单菌落进行划线分离
纯化ꎬ在 KB培养基上置 365 nm 波长紫外光下观
察菌落是否产生荧光ꎮ
1.3  病原菌的形态学特征及生理生化特性测定
    将各菌株在 NA 和 KB 平板上培养 48 h 观察
菌落形态和培养性状[14]ꎮ 生理生化测定主要参照
Schaad等[15]的方法进行ꎮ
1.4  病原菌的致病性检测
    将 28℃下培养 48 h 的菌株用无菌水稀释成
108CFU􀅰mL-1的菌悬液用于所有接种试验ꎮ 健康
的离体甜樱桃枝条表面用 75%酒精消毒ꎬ用注射
器在枝条表面和叶芽基部针刺造成微伤口ꎬ将稀释
好的菌悬液接种于伤口处ꎬ每处理接种 5 个枝条ꎬ
重复 3次ꎬ以接种无菌水作为对照ꎬ用塑料袋保湿ꎬ
定期观察记录ꎻ花芽萌发前 5 d 采用喷雾法ꎬ接种
离体带花芽的甜樱桃枝条 3条ꎬ以接种无菌水作为
对照ꎬ重复 3次ꎬ定期观察记录ꎻ樱桃成熟前采集樱
桃果实离体接种ꎬ用注射器接种后放在有浸湿滤纸
的培养皿中ꎬ以接种无菌水作为对照ꎬ定期记录观
察结果ꎻ微繁苗接种选用 2 ~ 3 周大小的甜樱桃组
培苗ꎬ将菌悬液接种到组培瓶中ꎬ每处理接种 3 瓶ꎬ
每瓶 3 ~ 4 棵ꎬ重复 3 次ꎬ以接种无菌水的作为对
照ꎬ组培苗放置在 25±2℃光照培养箱ꎬ16 h 光照 /
8 h黑暗培养ꎬ每周记录结果ꎬ记录 4周ꎮ
1.5  病原菌的 ITS序列测定
    将供试菌株接种在 NA液体培养基中ꎬ28℃摇
瓶培养(160 r􀅰min-1 ) 48 hꎮ 按照细菌基因组
DNA提取试剂盒(天根 DP302 ̄02)说明书提取基
因组 DNAꎮ
    根据已发表的植物病原细菌 ITS 序列设计引
物进行 PCR 扩增ꎬ特异引物为: P1 ( 5′ ̄ACGGT ̄
TACCTTGTTACGACTTC ̄3′) 和 P2 ( 5′ ̄GCTT ̄
TACGCCCAGTAATTCCC ̄3′)ꎮ PCR 反应条件:
94℃变性 5 minꎻ 94℃ 50 sꎬ 55℃ 1 minꎬ 72℃ 1
minꎬ35个循环ꎻ最后 72℃延伸 10 minꎮ PCR 产物
经1.0%琼脂糖凝胶电泳检测ꎬ将目标片段进行回
收和连接ꎬ转化大肠杆菌 DH5αꎬ菌落 PCR 检测后
挑取 5个阳性菌落送交上海生工生物公司测序ꎮ
测序结果在 GenBank 上进行 BLAST 搜索ꎬ应用
DNAMEN进行同源比对ꎬ并用 MegAlign 构建系
统发育树ꎬ分析其亲缘关系ꎮ
1.6  病原菌 syrB基因的 PCR检测
    为检测分离菌株中是否存在编码环式脂肽毒
素的 syrB基因ꎬ参照 Sorensen 等[16]合成特异性引
物 B1 ( 5′ ̄CTTTCCGTGGTCTTGATGAGG ̄3′) 和
B2 ( 5′ ̄TCGATTTTGCCGTGATGAGTC ̄3′)ꎬ PCR
反应条件:94℃变性 5 minꎻ94℃ 50 sꎬ55℃ 1 minꎬ
72℃ 1 minꎬ35 个循环ꎻ最后 72℃延伸 10 minꎮ
PCR产物经 1.0%琼脂糖凝胶电泳检测ꎮ
2  结果与分析
2.1  病原菌的形态与生理生化特性
    挑取典型菌落进行分离纯化ꎬ获得的 10 个菌
株依次编号为 SCG ̄1~ SCG ̄10ꎮ 结果表明 10个菌
株形态特征基本一致ꎬ在 NA 培养基上培养 48 h
的菌落呈灰白色ꎬ圆形ꎬ凸起ꎬ全缘ꎬ表面较粘稠ꎮ
在 KB培养基上培养 48 hꎬ形成圆形菌落ꎬ黄白色ꎬ
全缘ꎬ不透明ꎬ表面光滑ꎬ黏稠状ꎬ紫外灯下(365
153
 
植物病理学报 45卷
nm)产生蓝色荧光 (图 1)ꎮ 10 个菌株的生理生化
测定结果一致ꎬ革兰氏染色反应阴性ꎻ具有冰核活
性ꎻ氧化酶反应阴性ꎻ精氨酸双水解酶反应阴性ꎻ果
胶不凹陷ꎻ可由蔗糖形成果聚糖ꎻ液化明胶ꎻ能利用
甘露醇、肌醇、山梨醇、赤藓糖醇、葡萄糖ꎻ不能利用
核糖醇、L ̄酒石酸、邻氨基苯甲酸ꎻ七叶苷水解阳
性ꎻ硝酸盐还原阴性ꎻ在 41℃下不能生长ꎬ表明该
菌具有典型的丁香假单胞菌丁香致病变种(P. sy ̄
ringae pv. syringae)的特征[15]ꎮ
2.2  病原菌的致病性
    选取菌株 SCG ̄5 进行接种试验(图 2)ꎬ致病
性检测结果显示:健康枝条离体接种后在伤口处出
现凸起皲裂ꎬ枝条变干ꎬ失绿ꎬ剥开树皮韧皮部和木
质部变褐ꎬ发病时间在 10 d左右ꎬ对照枝条没有病
变症状ꎻ针刺芽基后 7 d 左右ꎬ叶芽有的保持休眠
状态而干枯变黑ꎬ有的叶片抽不出或抽出后叶缘变
黑卷曲ꎬ对照叶芽能正常抽出叶片ꎻ花苞喷雾接种
后3 ~ 5 d花苞腐烂或花瓣变为水浸状褐色ꎬ对照
Fig. 1  Colonial morphology of the bacteria isolated from diseased plant samples
Fig. 2  Symptoms of sweet cherry induced by artificial inoculation
A: In twigsꎻB: In foliar budsꎻC: In blossom budsꎻD: In fruitꎻ E: In micropropagated sweet cherryꎻ
CK: Controlꎬinoculated with sterilized distilled water.
253
 
  4期 徐 丽ꎬ等:甜樱桃流胶病原菌的分子鉴定和致病性检测
花苞正常开花ꎻ樱桃果实注射接种后 5~7 d 接种部
位出现褐色组织坏死ꎬ对照正常没有病斑出现ꎮ 微
繁苗接种 3周左右ꎬ出现叶片坏死斑或者变色ꎬ植株
顶稍坏死ꎬ严重者整株枯萎ꎬ对照微繁苗生长正常ꎮ
2.3  病原菌的 ITS序列分析
    鉴于生理生化试验结果ꎬ选取菌株 SCG ̄5 用
于进一步的分子鉴定ꎬ以提取的细菌基因组 DNA
为模板ꎬ用特异引物 P1和 P2进行 PCR扩增ꎬ得到
约 1 000 bp 的扩增产物ꎬ测序结果表明该序列长
958 bpꎬ 在 GenBank 数 据 库 中 的 登 录 号 为
KJ831070ꎮ 将该序列在 GenBank 数据库中进行
BLAST搜索分析ꎬDNAMAN比对结果表明该序列
与丁香假单胞菌菜豆致病变种 (P. syringae pv.
phaseolicola)ꎬ丁香假单胞菌丁香致病变种(P. sy ̄
ringae pv. syringae)ꎬ丁香假单胞菌枇杷致病变种
(P. syringae pv. eriobotryae)和丁香假单胞菌桑致
病变种(P. syringae pv. mori)的 ITS序列具有 99%
同源性ꎬ表明菌株 SCG ̄5 属于丁香假单胞菌
(P. syringae)ꎮ 用MegAlign构建系统发育树ꎬ从构
建的发育树可知菌株 SCG ̄5与 P. syringae pv. sy ̄
ringae亲缘关系最近ꎬ两者最先聚在一起(图 3)ꎮ
2.4  病原菌 syrB基因的 PCR检测
    环式脂肽毒素中的丁香霉素是引起坏死的毒素ꎬ
大多数 P. syringae pv. syringae 菌株均可产生[9]ꎬ其
合成相关基因 SyrB 的扩增序列对 P. syringae
pv. syringae有高度特异性ꎬ可用来快速检测及鉴定该
病原菌[16]ꎮ 本研究应用特异引物 B1 和 B2 检
测 10个菌株ꎬ均能检测到 750 bp的目标条带(图 4)ꎬ
Fig. 3  Phylogenetic tree based on 16S ̄23S rDNA ITS sequences of Pseudomonas syringae pathovars
Accession numbers of reference sequences used in phylogenetic analysis: P. syringae pv. eriobotryae (AB001442.1)ꎻ
P. syringae pv. glycinea (AB001443.1)ꎻP. syringae pv. mori (AB001446.1)ꎻP. syringae pv. morsprunorum (HM010399.1)ꎻ
P. syringae pv. myricae (AB001447.1)ꎻP. syringae pv. phaseolicola (NR_074598.1)ꎻ
P. syringae pv. syringae (CP000075.1)ꎻP. syringae pv. tagetis (AB001449.1)ꎻP. syringae pv. pisi (AB109218.1) .
Fig. 4  Electrophoresis of amplified syrB gene fragments
M: DL2000 markerꎻLane1 ̄10: PCR products of strain SCG ̄1 to SCG ̄10ꎬ respectively.
353
 
植物病理学报 45卷
表明分离菌株中存在 sryB 基因ꎬ进一步证明分离
菌株为 P. syringae pv. syringaeꎮ
3  讨论
    目前樱桃流胶病的大面积发生对我国樱桃产
业的可持续发展已经造成了严重威胁ꎮ 该病原菌
的快速、准确鉴定是对病原菌研究和有效防治的重
要前提ꎬ也是目前樱桃病害防治的研究热点ꎮ 由于
丁香假单胞菌的致病亚种或者变种很多ꎬ所以对丁
香假单胞菌种类的准确鉴定有一定难度ꎮ 16S ̄23S
rDNA ITS具有保守性ꎬ能够反映物种的亲缘关系ꎬ
又具有变异性ꎬ可揭示物种的特征核苷酸序列ꎬ因
此可将 ITS序列作为细菌在种和亚种水平上进行
分类鉴定的工具[17~19]ꎮ 本研究利用 ITS序列鉴定
出山东泰安樱桃主产区甜樱桃流胶病致病菌为丁
香假单胞菌(P. syringae)ꎮ 研究表明 P. syringae
的许多菌株可以产生丁香毒素ꎬ丁香霉素ꎬ丁香抑
生素和假单胞霉素四种环式脂肽毒素中的一种ꎬ根
据 P. syringae致病变种产生的不同毒素ꎬ或者通
过直接检测它们的次生代谢物或检测毒素合成相
关的基因ꎬ可以区别这些变种ꎮ 丁香霉素的产生依
赖于 syrB基因的表达ꎬPCR扩增 752 bp的 syrB基
因可用于快速准确的鉴定丁香假单胞菌丁香致病
变种产生环式脂肽毒素的菌株[16]ꎮ 本研究分离的
菌株均可检测到 syrB 基因ꎬ表明这些菌株是可产
生丁香霉素的丁香致病变种(P. syringae pv. syrin ̄
gae)ꎮ
    有研究表明通过接种树枝伤口、叶痕、果实、细
枝和微繁樱桃苗或丁香苗可以确定分离物的致病
性[2ꎬ20]ꎬ其中接种微繁植株是一种快速和稳定的方
法ꎬ可以替代田间接种或离体接种[20]ꎮ 本研究采
用离体接种和微繁苗接种两种方法来检测病原菌
的致病性ꎬ结果表明甜樱桃离体接种病菌后可产生
花枯、芽枯、枝条和果实变褐等症状ꎮ 病原菌接种
在樱桃微繁苗上可导致叶片变色坏死ꎬ顶稍枯死等
症状ꎮ 进一步证实通过微繁植株可以有效的进行
病原菌致病性的鉴定ꎮ
    丁香假单胞菌(P. syringae)有 50 多个致病变
种[21~22]ꎬ引起樱桃流胶的变种主要是丁香致病变
种(P. syringae pv. syringae)和李坏死致病变种
(P. syringae pv. morsprunorum)ꎮ 这 2个致病变种
都能引起细菌性溃疡和流胶症状ꎮ 研究表明 P.
syringae pv. syringae在甜樱桃和其他核果寄主上
致病力较强[23]ꎬP. syringae pv. morsprunorum在酸
樱桃上好像是更重要的病原菌ꎮ 近来也有学者在
樱桃上分离到 P. syringae pv. syringae 与 P. syrin ̄
gae pv. morsprunorum 中间类型的变种[2ꎬ6]ꎮ 在英
国ꎬ樱桃树上的流胶主要是由 P. syringae pv. mor ̄
sprunorum引起[5ꎬ24~25]ꎮ 在欧洲的其他国家ꎬ南非
和美国ꎬ樱桃树的流胶病是由丁香假单胞菌的 2 个
致病变种及其中间型引起的[20ꎬ25~26]ꎮ 本研究通过
形态学特征、生理生化特性、致病性检测和 ITS 序
列分析以及特异基因 PCR 扩增等方法ꎬ证实了山
东泰安樱桃流胶病是由丁香假单胞菌丁香致病变
种(P. syringae pv. syringae)引起的ꎬ为该病害的
进一步深入研究奠定了基础ꎮ 李坏死致病变种以
及 2个致病变种的中间型是否也在山东泰安存在
有待进一步研究ꎮ
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责任编辑:李晖   
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