全 文 ：农药学学报 2012，14(2) :115 － 124
Chinese Journal of Pesticide Science http:/ /www ． nyxxb． com． cn
收稿日期:2011-10-28;修回日期:2011-12-14．
作者简介:韩菲菲，女，硕士研究生，E-mail:yougubaihe101@ 163． com;* 通信作者(Author for correspondence) :宋宝安，男，博士，教授，博士
生导师，主要从事农药创新研究，E-mail:songbaoan22@ yahoo． com
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(2010CB126105)．
·专论与综述·
细菌分泌系统与茄科雷尔氏菌致病机理的
关系研究进展
韩菲菲， 贺 鸣， 杨 松， 宋宝安*
(贵州大学 精细化工研究开发中心，绿色农药与农业生物工程国家重点实验室培育基地 /教育部重点实验室，贵阳 550025)
摘 要:青枯病(bacterial wilt)的致病菌茄科雷尔氏菌 Ralstonia solanacearum主要通过Ⅲ型及Ⅱ型
分泌系统等将多种毒性因子输送到细胞外而使寄主植物致病。主要综述了近年来茄科雷尔氏菌Ⅲ
型和Ⅱ型分泌系统的 Phc、Prh、EPS 和 Peh 4 个调控网络与该病原菌致病性之间的关系，以及 2 个
分泌系统相互之间的关系。可为进一步研究该病害的作用机理及寻找其致病性靶标提供参考。
关键词:茄科雷尔氏菌;致病机理;Ⅲ型分泌系统;Ⅱ型分泌系统;研究进展
DOI:10． 3969 / j． issn． 1008-7303． 2012． 02． 01
中图分类号:S432． 4;S481． 1 文献标志码:A 文章编号:1008-7303(2012)02-0115-10
Research progress of the bacterial secretion system and
pathogenicity of Ralstonia solanacearum
HAN Feifei， HE Ming， YANG Song， SONG Baoan*
(Research and Development Center for Fine Chemicals，State Key Laboratory Breeding Base of Green
Pesticide and Agricultural Bioengineering，Key Laboratory of Green Pesticide and Agricultural
Bioengineering /Ministry of Education，Guizhou University，Guiyang 550025，China)
Abstract:Bacterial wilt is caused by Ralstonia solanacearum，which imports toxic proteins essential for
infective stage directly into the host cells by type Ⅲ and type Ⅱ secretion system． The regulated
network of the two secretion systems，which mainly consist of Phc，Prh，EPS and Peh regulated
networks was reviewed． Furthermore，the relationship between regulated network and the pathogenesis
of R． solanacearum were illustrated． It provided references for further studying of the mechanism of the
disease and searching for the pathogenic targets．
Key words:Ralstonia solanacearum;pathogenesis;type Ⅲ secretion system;type Ⅱ secretion system;
research progress
茄科雷尔氏菌 Ralstonia solanacearum 是一种
革兰氏阴性菌，属于变形菌门，β-变形菌纲，是世界
范围内最重要的植物病原细菌之一，可侵染 50 多个
科 450 多种植物［1–2］，常引起番茄、马铃薯、烟草、辣
椒、茄子等重要作物的青枯病(bacterial wilt)。根据
其寄主范围和生化特性，共可分为 5 个生理小种和
6 个生化变种［2］。由于其小种的多样性及与寄主、
环境相互作用的复杂性，使得该菌的防治异常困难，
农 药 学 学 报 Vol． 14
因此研究该病害的致病机理尤为重要。目前，国内
关于茄科雷尔氏菌研究的报道，大多集中在致病基
因与病害的相互关系上，并没有深入地分析细菌分
泌系统的作用机理和致病过程，以及细菌Ⅲ型与Ⅱ
型分泌系统之间的相互关系。本文将从细菌分泌系
统这一角度出发，就近年来细菌Ⅲ型和Ⅱ型分泌系统
与茄科雷尔氏菌致病机理关系的研究进展进行综述。
1 细菌的分泌系统与茄科雷尔氏菌的致病
机理
1． 1 细菌的分泌系统
细菌主要通过分泌系统将毒性蛋白运送到菌体
细胞外，与寄主细胞发生相互作用而发挥毒性。目
前认为细菌的分泌系统共有 7 种类型，即Ⅰ ～Ⅶ型，
均由具有特殊功能的蛋白及多肽组成。Ⅰ型分泌
系统(type Ⅰ secretion system，T1SS)又称 ABC
(ATP-binding cassette)分泌系统，负责释放多种胞
外蛋白(exoproteins，EXP)和胞外酶(extracellular
enzyme)［3］，属 于 Sec (secretory-protein translo-
cation)非依赖途径，通过Ⅰ型分泌系统分泌的蛋白
缺乏 N 端信号肽，可以在没有细胞周质中间体的情
况下将蛋白直接从细胞质运送至细胞外，涉及通过
ATP水解提供能量的各种化合物的输入和输出［4］，
其中 α-溶血素分泌系统就是最典型的Ⅰ型分泌系
统［5］。Ⅱ 型分泌系统 (type Ⅱ secretion system，
T2SS)是胞外蛋白首先通过 Sec 途径或者双精氨酸
途径(twin-arginine protein translocation，Tat)跨过细
菌的细胞内膜分泌到细胞周质，然后再通过外膜分
泌素穿过微孔蛋白分泌到胞外，Ⅱ型分泌系统分泌
的毒性蛋白能够破坏寄主细胞，引起组织坏死和感
病，传染病原霍乱弧菌 Vibrio cholerae 的分泌系统
即属于此类［6］。Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion
system，T3SS)是已知蛋白分泌系统中最为复杂的，
其所分泌的蛋白可直接从胞质输送到细胞表面，不
在胞浆间隙停留，也不被切割，Ⅲ型分泌系统主要存
在于志贺氏菌 Shigella sp．、埃希氏大肠杆菌
Escherichia coli、茄科雷尔氏菌等细菌中［7］。Ⅳ型
分泌系统(type Ⅳ secretion system，T4SS)是一种自
主运输系统，其所分泌的蛋白需经过切割和加工，最
后形成一个孔道而使自身穿出外膜，该分泌系统主
要输送大分子物质(蛋白质、DNA 或者 DNA-蛋白
质混合体)［8］，与细菌体内物质的结合有关，负责
质粒在细菌中的移动［9］。其中，在细菌与真核生
物细胞之间的Ⅳ型分泌系统中，目前研究得最为
充分的是土壤农杆菌 Agrobacterium tumefaciens
的 T-DNA转运系统［10］。Ⅴ型分泌系统(type Ⅴ
secretion system，T5SS)具有最简单的蛋白分泌机
制，分泌单一特殊的细菌效应子，所分泌的蛋白首先
通过 Sec依赖的分泌通路跨内膜转运，然后通过 β
折叠桶结构形成跨膜孔道而穿过外膜［11］。Ⅵ型分
泌系统(type Ⅵ secretion system，T6SS)是一种存在
于霍乱弧菌和绿脓杆菌 Pseudomonas aeruginosa
中的分泌系统［12 － 13］，编码该分泌系统的基因以基
因簇形式存在，每簇通常编码 12 ～ 25 个蛋白［14］。
Ⅶ型分泌系统(type Ⅶ secretion system，T7SS)是
一种存在于革兰氏阳性菌———结核分枝杆菌
Mycobacterium tuberculosis 中的新型蛋白分泌系统，
其分泌的蛋白必须通过细胞壁结构才能到达胞外环
境。在结核分枝杆菌的Ⅶ型分泌系统中，共有 5 个
运输系统，其中有 2 个运输系统 ESX-1(ESAT-6
secretion system 1)和 ESX-5 (ESAT-6 secretion
system 5)与毒性因子的分泌有关，它们都影响着该
病原菌在细胞与细胞之间的转移［15］。在以上 7 种
分泌系统中，Ⅱ型和Ⅴ型都需要一个 N 末端信号
肽，先通过 Sec 或 Tat 途径将蛋白从细胞内膜转移
至细胞周质，蛋白再经过折叠和修饰分泌出细胞外，
共需 2 步转移，而其余几种分泌系统则均只需通过
1 步转移(图 1)［16］。近年来，研究人员通过对细菌
分泌系统的深入研究，已证实Ⅲ型和Ⅱ型分泌系统
与茄科雷尔氏菌的致病机理密切相关。
1． 2 茄科雷尔氏菌的致病机理
茄科雷尔氏菌一般从植株根部或茎部的伤口侵
入，但也能直接侵入健康植株，首先在根皮层细胞间
隙等处定殖，形成空腔，然后在导管及相邻组织内迅
速增殖并广泛分布，产生大量胞外多糖，影响和阻碍
维管系统中导管的正常运行，最终导致植株枯萎死
亡［17］。2002 年，Salanoubat等［18］完成了以茄科雷尔
氏菌 GMI1000 为材料的基因组测序，为进一步研究
其致病机理奠定了基础。该基因组含有 2 个复制
子，分别为 3． 7 Mb 的染色体和 2． 1 Mb 的巨质粒
(如图 2) ，其中巨质粒与该菌的致病性相关性最强，
其上不仅携带有 hrp(hypersensitive response and
pathogenicity)基因簇，还含有编码鞭毛形成和胞外
多糖合成的基因。
茄科雷尔氏菌的基因调控复杂而精密，主要通
过调控网络(regulatory network，指细胞内基因和基
因之间的相互作用所形成的网络)来选择寄主范围
和调控其致病性(表 1)。
611
No． 2 韩菲菲等:细菌分泌系统与茄科雷尔氏菌致病机理的关系研究进展
注:HM，寄主细胞膜;OM，细菌外膜;IM，细菌内膜;MM，分枝杆菌膜;OMP，外膜蛋白;MFP，膜融合蛋白。黄色部分是
ATP酶及分子伴侣，当条件合适的时候，ATP水解，蛋白开始运输。
Note:HM，Host membrane;OM，outer membrane;IM，inner membrane;MM，mycomembrane;OMP，outer membrane protein;
MFP，membrane fusion protein． ATPases and chaperones are shown in yellow ． When appropriate，coupling of ATP hydrolysis to
transport is highlighted．
图 1 细菌的主要蛋白分泌系统［16］
Fig． 1 Major protein-secretion systems in bacteria［16］
图 2 茄科雷尔氏菌 GMI1000 全基因组结构示意图［19］
Fig． 2 Organization of the R． solanacearum strain GMI1000 genome［19］
表 1 调控茄科雷尔氏菌毒性及致病性基因的调控基因和网络［20］
Table 1 Regulatory genes and systems that control virulence and pathogenicity genes of R． solanacearum［20］
系统
System
基因
Gene
基因产物可能的功能或类型
Likely function or type of product
调节的靶标
Regulated targets
参考文献
Reference
Phc phcA LysR-型转录激活物
LysR-type transcriptional activator
eps(经 xpsR) ;egl;pme;tek;solRI
eps(via xpsR) ;egl;pme;tek;solRI
［21–22］
phcS /phcR 感觉激酶 /感应调节子
Sensor kinase / response regulator*
含铁细胞N;pglA＊＊;?运动性(经
pehS /pehR)N
SiderophoreN;pglA＊＊;?motility(via
pehS /pehR)N
［23］
phcB 3-OH PAME的生物合成酶
Biosynthetic enzyme for 3-OH PAME
hrp 基因(经 hrpB)N
hrp genes(via hrpB)N
［23］
phcQ 感应调节子
Response regulator*
其他的胞外蛋白
Other exoproteins
Eps xpsR 特异的转录激活物
Novel transcriptional activator
eps 生物合成操纵子
eps biosynthetic operon
［24–25］
epsR 非典型的感应调节子
Atypical response regulator
eps 生物合成操纵子N
eps biosynthetic operonN
［26–27］
711
农 药 学 学 报 Vol． 14
续表(Continued)
系统
System
基因
Gene
基因产物可能的功能或类型
Likely function or type of product
调节的靶标
Regulated targets
参考文献
Reference
vsrB /vsrC 感觉激酶 /感应调节子
Sensor kinase / response regulator
eps 生物合成操纵子;pglAN
eps biosynthetic operon;pglAN
［24，28］
vsrA /vsrD 感觉激酶 /感应调节子
Sensor kinase / response regulator
eps(经 xpsR) ;cbhA;nfrBN;增殖
eps(via xpsR) ;cbhA;nfrBN;
colonization
［24，29］
Quorum sensing solR LuxR-型转录激活物
LuxR-type transcriptional activator
aidA;其他?
aidA;others?
［30–31］
solI 自发诱导酰基化高丝氨酸内酯的生物合
成酶
Biosynthetic enzyme for acylhomoserine
lactone autoinducer
Prh prhA /prhR 表面感受器 /植物信号的转换
Surface receptor / transducer for plant
signal
Hrp调节子(经 prhI?)
Hrp regulon(via prhI?)
［32］
prhI 交换的 sigma因子
Alternate sigma factor
Hrp调节子(经 prhJ?)
Hrp regulon(via prhJ?)
prhJ LuxR /UhpA-型转录激活物
LuxR /UhpA-type transcriptional activator
Hrp调节子(经 hrpG?)
Hrp regulon(via hrpG?)
［33］
hrpG OmpR-型感应调节子
OmpR-type response regulator
Hrp调节子(经 hrpB?)
Hrp regulon(via hrpB?)
［33］
hrpB XylS /AraC-型转录激活物
XylS /AraC-type transcriptional activator
Hrp-编码的Ⅲ型分泌系统;popABC;
其他的无毒基因?
Hrp-encoded type Ⅲ secretion system;
popABC;other avirulence genes?
［34］
Other pehS /pehR 感觉激酶 /感应调节子
Sensor kinase / response regulator
pglA;运动型
pglA;motility
［35–36］
rpoS 交换的 sigma因子
Alternate sigma factor
solRI;egl;pglA;低 pH 及在饥饿状态
下生存
solRI;egl;pglA;low pH ＆ starvation
survival
［30］
注:* 表示缺乏双组分应答调控系统通常所具有的 C-端 DNA 结合结构域。＊＊表示 pglA、pglB和 pglC 也可以分别称为 pehA、pehB 和 pehC。
“N”表示负调控。“?”表示原文献中作者的推测，有待进一步证实。
Note:* Lacks customary C-terminal DNA binding domain of two-component type response regulators． ＊＊ pglA，pglB and pglC are also called
pehA，pehB，and pehC，respectively． N Negatively controlled． “?”Means the authors speculates of the original literature，which need to be further
confirmed．
2 Ⅲ型分泌系统与茄科雷尔氏菌致病性的
关系
Ⅲ型分泌系统是与茄科雷尔氏菌致病性相关的
分泌系统中最为重要、也是目前研究最多的。茄科
雷尔氏菌的Ⅲ型分泌系统由 20 多个保守基因组成
的 hrp 基因簇编码。该分泌系统的主要作用是将其
编码的毒性因子或非毒性蛋白通过横跨细菌内外膜
上的纤毛(pilus)分泌到植物细胞内，使病原细菌获
得营养或抑制寄主发起的防御反应。所以 hrp 基因
发生突变会引起病原细菌在寄主体内增殖和定殖能
力下降，进而丧失致病力［37–38］。
2． 1 Phc 调控网络调控茄科雷尔氏菌致病的途径
近年的研究表明，由茄科雷尔氏菌 hrp 基因编
码的Ⅲ型分泌系统主要是通过核心调控网络表现型
转换系统(phenotype conversion，Phc)以及与其相关
的正向调控 hrp 的调控系统(positive regulation of
hrp regulon，Prh)2 个网络来实现的(如表 1，图 3)。
PhcA 是茄科雷尔氏菌中一个非常重要的综合调节
因子，其浓度的高低受 PhcB 产生的 3-羟基棕榈酸
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No． 2 韩菲菲等:细菌分泌系统与茄科雷尔氏菌致病机理的关系研究进展
甲酯(3-hydroxy palmitic acid methyl ester，3-OH
PAME)浓度高低的影响。在开放的环境中，由于
3-OH PAME 浓度较低，PhcS 不能使 PhcR 磷酸化，
因此不能激活 PhcA，但是低浓度的 PhcA 却可以引
起其他基因产物的增加，如多聚半乳糖醛酸酶 A
(polygalacturonase A，PglA)、含铁细胞、hrp 基因编
码的产物等，但不会产生大量的胞外多糖和其他致
病因子;而在封闭的环境中，由于 3-OH PAME 的浓
度因积累而升高，PhcS 使 PhcR 磷酸化，激活 PhcA
产生大量胞外多糖和细胞壁降解酶类，从而使病菌
穿透寄主植物结构障碍进一步扩散，产生致病
性［38］。
2． 2 Prh 调控网络调控茄科雷尔氏菌致病的途径
毒性调控基因 prhA 可以调节 hrp 基因的表达。
Tang 等［39］报道，prhA 基因表达的 PrhA 蛋白可能位
于细菌细胞的表面，在接受植物的信号中起着重要
作用，并可诱发 Hrp 调控元的表达。Brito 等［33］的
研究表明，prhA 通过 prhI /prhR 双组分系统将植物
信号传递给 prhJ(prhA 与 hrp 之间的中间递体之
一) ，另外 hrpG 也参与了信号的传递过程并控制
hrpB的表达。hrpB是一个重要的转录促进因子，位
于Ⅲ型分泌系统信号调节区域的末端，通过与其他
hrp 基因启动子中含 25 个碱基的 DNA 元件 hrpⅡ
box(TTCGn16TTCG)作用调节基因的表达［40］。由
于 prhI /prhR受到 PhcA 的负调控，因此当细菌密度
较低时，prhI /prhR 被激活，植物信号通过 prhA、
prhI /prhR、prhJ、hrpG、hrpB 的顺序进行传递［41］，并
最终将细菌分泌的蛋白通过Ⅲ型分泌系统泌出胞外
并注入寄主细胞内;而当细菌密度较高时，Ⅲ型分泌
系统将被阻断(如图 3)。
图 3 茄科雷尔氏菌 OE1-1 致病相关基因的调控网络［42］
Fig． 3 Scheme showing regulation of pathogenicity-related genes in R． solanacearum OE1-1［42］
Genin 等［43］报道，Ⅲ型分泌系统分泌的 3 种胞
外蛋白 PopA(Pseudomonas outer protein A)、PopB、
PopC 位于 hrp 基因簇左翼，均受到 HrpB 的调控。
据推测，PopA 可能通过诱导病原菌与植物细胞壁的
接触，与另外 3 种Ⅲ型分泌系统分泌的 PrhA、PrhI
和 PrhR 共同作用，为识别植物细胞提供方便;而
PopB 和 PopC 在结构上与大多数细菌的Ⅲ型分泌
系统所依赖的效应分子相同，前者起到双向的核定
位信号的作用，后者具有部分保守区域，这些区域与
某些植物抗病基因的产物类似，但具体功能还需进
一步研究［43］。
2． 3 Ⅲ型分泌系统分泌的效应蛋白与茄科雷尔氏
菌致病性的关系
McCann等［44］研究认为，Ⅲ型分泌系统分泌的
效应蛋白(T3SS effectors，T3Es)在对寄主植物的
选择上具有多样性的特点。寄主植物细胞表面的
受体能识别出病原微生物的病原相关分子模式
(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)
(例如多糖、鞭毛蛋白等) ，从而在寄主体内引起
由 PAMPs 激 发 的 免 疫 反 应 (PAMP-triggered
immunity，PTI)。与此同时，病原微生物通过 T3Es
抑制植物的免疫系统，植物又通过 NB-LRR
911
农 药 学 学 报 Vol． 14
(nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat)
抗性蛋白激发其免疫反应，即效应蛋白激发的免疫
反应(effector-triggered immunity，ETI)［45–47］。而病
原菌则通过适应寄主产生相应的致病机制，进而感
染寄主，引发病害(图 4)。
图 4 植物体内细菌与寄主植物抗性演变过程模型［48］
Fig． 4 Model for the evolution of bacterial resistance in plants ［48］
Poueymiro 等［49］于 2009 年通过对 GALA
(T3SS effectors with conserved GAxALA sequence
in their leucine-rich repeats)和 PopP2(Pseudomonas
outer protein P2)蛋白功能的研究，阐明了 T3Es 的
作用方式主要是通过模仿寄主关键蛋白的功能，或
者通过诱导亚细胞的重新分布来破坏寄主细胞通
路，而 Angot等［50］认为也可能是因为干扰了寄主的
蛋白酶通路。某些 GALA 蛋白能与 SKP1(S-phase
kinase-associated protein 1)类蛋白作用形成 SCF
(Skp1-Cullin1-F-box)型蛋白连接酶复合物的一部
分，被植物蛋白接收，从而干扰寄主通过泛素 /蛋白
酶途径进行蛋白质降解。目前普遍认为茄科雷尔氏
菌 T3Es中存在3 个无毒蛋白:AvrA(avirulence A)、
PopP1 和 PopP2。其中 AvrA 能引发多种烟草上的
过敏性反应［51–52］;而矮牵牛 Petunia hybrida 和拟南
芥 Arabidopsis thaliana 则分别能识别 PopP1［53］和
PopP2［54］2 个无毒蛋白，从而对茄科雷尔氏菌产生
抗性。例如拟南芥基因组中存在着与茄科雷尔氏菌
抗药性相关的显性基因(resistant to R． solanacearum
1-S，RRS1-S)和隐性基因 RRS1-R，popP2 是与
RRS1-R相对应的无毒基因。受 RRS1-R 调控的
RD19(responsive to dehydration 19)蛋白与茄科雷
尔氏菌的无毒蛋白 PopP2 相互作用后定位于细胞
核，启动与茄科雷尔氏菌抗药性相关基因的表
达［55］。
3 Ⅱ型分泌系统与茄科雷尔氏菌致病性的
关系
Ⅱ型分泌系统在革兰氏阴性细菌中分布比较
广泛，是一种常规的代谢途径，可向细胞外分泌各
种蛋白，如胞外酶、蛋白酶、毒素和毒性因子［56］。
Ⅱ型分泌系统主要涉及 12 ～ 15 种蛋白，以分泌途
径转膜蛋白(probable general secretory pathway
transmembrane protein，GSP)基因簇为中心，通过 2
步转移将蛋白运输到细胞外。
茄科雷尔氏菌Ⅲ型分泌系统中的 hrp 基因被敲
除后，该病原菌的数量虽然有所减少，但突变体仍然
具有侵染寄主根部并在维管系统定殖的能力，这说
明除了Ⅲ型分泌系统外，还有其他分泌系统对茄科
雷尔氏菌的致病力起着重要作用［41］。Rajeshwari
等［57］研究发现，植物病原细菌Ⅱ型分泌系统的突变
会造成许多分泌蛋白的缺失，主要涉及降解植物细
胞壁中不同成分的蛋白，从而导致细菌毒性的减弱
或丧失。如茄科雷尔氏菌分泌的 3 种多聚半乳糖醛
酸酶(polygalacturonase，PehA 或 PglA、PehB 或
PglB、PehC 或 PglC) ，1 种果胶甲酯酶 (pectin
methyl esterase，Pme) ，1 种 β-1，4-内切葡聚糖酶(β-
1，4-endoglucanase，Egl)和 1 种纤维二糖水解酶
021
No． 2 韩菲菲等:细菌分泌系统与茄科雷尔氏菌致病机理的关系研究进展
(cellobiohydrolase，CbhA)等降解植物细胞壁的酶，
以及导致寄主植物萎蔫的胞外多糖等均通过Ⅱ型分
泌系统分泌出细胞外［58–60］，因此该系统在茄科雷尔
氏菌的致病过程中也起着重要的作用。
3． 1 EPS 调控网络调控茄科雷尔氏菌致病的途径
在茄科雷尔氏菌的众多毒性因子中，由Ⅱ型
分泌系统参与分泌的胞外多糖 (extracellular
polysaccharide，EPS Ⅰ)最为重要。研究发现，eps
的转录与 PhcA 活性有关，当细菌密度较高时，3-OH
PAME达到一定浓度，PhcA 被激活，激活后的 PhcA
与 xpsR(an unususal signal integrator protein)结合，
xpsR 再与 VsrB /VsrC (a pair of two-component
systems)双组分系统一起激活 eps 的转录［25］(图 3)。
关于 EPS 的作用目前主要存在 3 种假说:其一
是在被侵染的寄主植物体内，EPS 具有促进细菌在
植物茎内定殖的作用，能使细菌的密度增加，阻断水
分的运输，或因流体静力压过高使得导管破裂［20］;
二是在病原菌致病性发展过程中需要通过 EPS 在
导管表面形成生物膜，这样当茄科雷尔氏菌在土壤
中生存时，可以避免脱水或者免受土壤中抗菌物质
的袭击;三是认为 EPS 可以通过掩盖其表面结构，
例如脂多糖等而避免被寄主识别，从而保护茄科雷
尔氏菌免受寄主植物的抗性防御［61–63］。Schell 在
2000 年报道［20］，EPS 缺失的突变菌株在侵染番茄根
部时，基本失去致病力和侵染力，同时可诱导番茄根
部组织产生抗病反应;相反，致病性菌株则产生大量
的酸性 EPS，既可侵染又可增殖。lvarez 等［17］的
试验证明，EPS 缺失的突变体在某种程度上仍然能
够侵染植物并在其体内增殖，但并不引起萎蔫，说明
EPS 在植物染病后期的主要作用可能是调控病害的
严重程度而非细菌的侵染能力。2011 年，Milling
等［64］报道，EPS 在抗性植株中可以激发水杨酸信号
通路抗性基因的表达，而在感病植株中则不能激发，
这说明细菌性萎蔫病害的抗性植株可识别茄科雷尔
氏菌中的 EPS。
3． 2 Peh 调控网络调控茄科雷尔氏菌致病的途径
茄科雷尔氏菌在寄主植物体内可利用溶果胶酶
类(pectinase)将果胶分解成低聚物，从而为其生长
提供半乳糖醛酸。溶果胶酶类包括 1 种果胶甲酯酶
(Pme)和 3 种多聚半乳糖醛酸酶(PehA，PehB 和
PehC)。在植物体内果胶比较富集的地方，由 Pme
去掉果胶产生的甲醇的甲基基团，然后通过内聚半
乳糖醛酸酶 PehA 和外聚半乳糖醛酸酶 PehB 及
PehC 对果胶进行攻击，将其降解为半乳糖醛酸［60］。
对 PehA 或 Pme 的激活及控制是通过 PehS /
PehR双组分系统来实现的。当细菌密度较低时，
PehS 将 PehR 磷酸化后通过中间物或直接激活
PehA;同时，茄科雷尔氏菌中一些涉及运动性的基
因也被 PehS /PehR 激活。因此，调节 PehA 表达及
细菌运动性的机制可能是一致或重叠的，这对于细
菌早期侵染寄主细胞是有利的。在细胞运动性
(cell mobility)的协助下，细菌分泌的降解植物细胞
壁的各种酶，通过Ⅱ型分泌系统更多地移动到果胶
质较多的细胞间隙区。Allen 等［65］研究发现，PehA
突变体在植物茎部的侵入和定殖都比野生型要慢得
多，表明多聚半乳糖醛酸酶除了给病原菌提供营养
外，还具有提高病原菌定殖能力及侵染能力的作用。
另外，由于Ⅱ型分泌系统将蛋白运输到细胞外需
要经过两步转移，因此 González 等［66］发现，Tat 转运
系统的突变可导致茄科雷尔氏菌的致病力下降
50%。
4 Ⅲ型分泌系统与Ⅱ型分泌系统的关系
已有研究发现，Ⅲ型分泌系统与Ⅱ型分泌系统
之间存在相互影响的关系。Hikichi 等［67］报道，Ⅱ
型分泌系统可能影响Ⅲ型分泌系统中一些特有蛋白
如 PopB 的分泌，而且很多通过Ⅱ型分泌系统分泌
编码蛋白的基因，包括 pehC，均受到 HrpB 的正向调
控(如图 3)。HrpG 是Ⅲ型分泌系统中一个重要的
调控蛋白，但在 2008 年，Yamazaki 等［68］报道，在柑
橘溃疡病菌 Xanthomonas axonopodis pv． citri 中，
HrpG 不仅调控Ⅲ型分泌系统，也正向调控一些通过
Ⅱ型分泌系统分泌的蛋白。HrpB 也是Ⅲ型分泌系
统中一个重要的调控蛋白，然而，在 2008 年，Kang
等［69］报道，在水稻细菌性谷枯病菌 Burkholderia
glumae 细胞外的蛋白质组中，有 16 个蛋白受 HrpB
上调影响，但是该病菌中的 HrpB 却并非是通过Ⅲ
型分泌系统分泌，而是通过Ⅱ型分泌系统分泌的。
2011 年，Jeong 等［70］发现了 1 个新的 Rsa1 蛋白，并
证明该蛋白也受 HrpB 调控，但是 HrpB 同样是通过
Ⅱ型分泌系统分泌，而不是由Ⅲ型分泌系统分泌的。
这些结果表明，Ⅲ型分泌系统与Ⅱ型分泌系统存在
着共同调节的地方。
5 结语
根据已有的研究结果，可以将茄科雷尔氏菌的
致病过程分为 2 个阶段:前期病原菌侵入细胞间隙
和木质部导管并进行定殖，这时细菌密度较低，受
121
农 药 学 学 报 Vol． 14
PhcA 的负调控，主要激活为病原菌提供营养物质的
Ⅲ型分泌系统，以及促进细菌的运动性，同时激活产
生可降解寄主细胞壁的多聚半乳糖醛酸酶(PehA)
并通过Ⅱ型分泌系统分泌出细胞外;后期则病原菌
在导管及相邻组织内迅速增殖及广泛分布，此时由
于细菌密度较高，受 PhcA 的正调控，可产生大量胞
外多糖，影响和阻碍植物体内的水分运输，易于造成
导管穿孔板堵塞，从而引起植株枯萎死亡。但最近
也有报道［71］称，在活体试验中发现，Ⅲ型分泌系统
不仅在早期细菌密度较低时起重要作用，在后期细
菌密度较高时也会起到一定的作用。
除了Ⅲ型分泌系统和Ⅱ型分泌系统与茄科雷尔
氏菌的致病性密切相关外，还有其他一些因素也与
该菌的致病性有关。例如茄科雷尔氏菌的致病必须
有 acrA 和 dinF(damage-inducible gene)基因编码的
多药外排泵的存在，其作用可能是保护病原菌免遭
寄主抗菌物质的攻击［56］;此外茄科雷尔氏菌必须在
植物具有向化性(chemotropism)时才表现出致病性
等［72］。
茄科雷尔氏菌的致病因素十分复杂，其基因组
在基因表达和调控网络方面都体现出了该病原菌致
病机制的复杂性，但随着对其分子生物学研究的不
断深入，未来对茄科雷尔氏菌将不仅仅停留在研究
上述 2 个分泌系统的分泌途径上，还要进一步深入
研究该分泌系统所分泌效应蛋白的功能。根据效应
蛋白在功能上的协同性和交叉性，可以推测或者锁
定其在寄主植物上的关键靶标范围，以寄主植物的
易感因子作为靶标将是防治青枯病的重要策略。在
医药研究领域，肠道病原菌假结核耶尔森菌 Yersinia
pseudotuberculosis［73］和大肠杆菌 E． coli［74］等一些
革兰氏阴性菌的Ⅲ型分泌系统已被作为靶标进行药
物分子的高通量筛选，筛选出了活性较高的邻羟基
亚苄基酰肼类(salicylidene acylhydrazides)化合物。
而在农药研究领域，此种方法还未广泛开展，鉴于青
枯病的发生与茄科雷尔氏菌的Ⅲ型和Ⅱ型分泌系统
关系密切，所以在筛选防治青枯病的药物分子时，可
以借鉴医学领域的研究方法，将茄科雷尔氏菌的Ⅲ
型和Ⅱ型分泌系统作为靶标进行高通量筛选，将有
助于筛选出高活性的化合物。
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(责任编辑:唐 静)
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