棉花内生细菌YUPP-10及其分泌蛋白CGTase对棉花枯萎病的防治作用及机理

摘要：

[目的]棉花枯萎病(Fusarium wilt)是棉花种植中较为严重的土传病害之一,主要采用化学方法进行防治,但对环境和人畜安全造成一定影响.生物防治因其专一性强、安全性高的特点,成为防治棉花枯萎病的重要途径.本研究旨在获得一株高效拮抗细菌,并明确其防治机理,为棉花枯萎病生物防治提供技术支持.[方法]前期获得一株能够破坏β-1,4糖苷键的棉花内生蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)YUPP-10,通过平板对峙培养、共培养法和悬滴法分别测试其对棉花枯萎病菌(尖镰孢,Fusarium oxysporum)菌丝生长、产孢和孢子萌发的影响;利用YUPP-10菌液浸种处理,研究其对棉花生物量的影响;以尖镰孢菌土为基质种植棉花,生长1周后,用LB液体培养基培养的YUPP-10制成不同浓度(分别为1×108、1×107和1×106 cfu/mL)的生防菌剂灌根处理棉苗,于温室中进行棉花枯萎病的防治效果研究;通过Fosmid文库筛选到了YUPP-10关键抑菌物质为环糊精糖基转移酶(CGTase,EC 2.4.1.19),研究其对尖镰孢菌丝生长、产孢和孢子萌发的影响;利用拟南芥花序侵染法将其转化拟南芥,获得能够稳定表达CGTase的转基因株系,研究转基因拟南芥对枯萎病的抗性,以及在病原胁迫下部分防御基因的转录.[结果]YUPP-10菌株发酵液对尖镰孢菌丝生长、产孢和孢子萌发具有显著的抑制作用,随着发酵液浓度的升高,对尖镰孢产孢量和孢子萌发的抑制率越高,最高抑制率分别为98.41％和51.65％.低浓度的YUPP-10菌液能促进棉花种子发芽、出苗和地上部分的生长.YUPP-10发酵液灌根处理后,棉苗的病情指数和病株率显著降低,其中,1×107 cfu/mL的YUPP-10发酵液对棉花枯萎病的防治效果最高,达到45.11％.YUPP-10菌株的关键抑菌物质CGTase能够水解羧甲基纤维素和葡甘聚糖,表明其具有破坏β-1,4糖苷键的能力,进而检测了其对尖镰孢的抑制效果,结果表明CGTase对尖镰孢的菌丝生长、产孢和孢子萌发具有显著的抑制作用,对产孢和孢子萌发的最高抑制率分别达到62.63％和30.83％.转CGTase的拟南芥提高了对枯萎病的抗性,过表达CGTase的拟南芥在病原胁迫下部分防御基因的转录水平升高.[结论]蜡状芽孢杆菌YUPP-10菌株能抑制尖镰孢的生长、促进棉花部分生物量指标的增长并控制枯萎病的危害,CGTase能够抑制尖镰孢的生长,转CGTase拟南芥对枯萎病的抗性增强.

关键词：蜡状芽孢杆菌;棉花枯萎病;尖镰孢萎蔫专化型病菌;环糊精糖基转移酶;防治效果

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资助基金：国家自然科学基金;中央级公益性科研院所基本科研业务费专项;中国农业科学院科技创新工程

在线出版日期：2021-09-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：3691-3701