链格孢菌寄主选择性毒素的研究现状

性作用于敏感梨品种[7] . AAL - toxin 的一系列同系物具有相同的毒性和寄主专一性. AB - toxin 是一个混合 物 ,至少由四种组分构成 ,即腐败菌素 B 、高腐败菌素 B 、腐败菌素 B2 和脱甲基腐败菌素 B ,四种组分的致病 力很相似 ,在高温 、碱性或极端酸性条件下分解失去致病性[2] .
苹果链格孢 长柄链格孢烟草致病型
芸苔链格孢 纤细链格孢
寄主
日本梨 柑桔 番茄 草莓 粗皮柠檬 苹果 烟草 白菜 木豆
病害
黑斑病 褐斑病 茎枯病 黑斑病 褐斑病 轮斑病 褐斑病 黑斑病 黑斑病
结构类型 毒素作用位点
脂类
细胞膜
酮类
叶绿体
脂类
线粒体
脂类
细胞膜
羟基化合物 线粒体
环状四肽 细胞膜 、叶绿体
未知
在进行活性氧与植物抗病性关系的研究中发现 ,活性氧的产生与植物抵御病原体的侵染有关[14 ,15] . 在 此方面 ,有人对链格孢菌毒素作过一些研究 ,AM - 毒素对苹果叶片超氧化物歧化酶 (SOD) 的影响表明 ,感病
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线粒体
环状五肽 细胞膜 、叶绿体
未知
线粒体
2 链格孢菌寄主选择性毒素分子结构与生物活性的关系
毒素分子结构与生物活性的关系非常密切 ,往往一个基团的差异 ,甚至一个异构体 ,就会导致活性迥异. 已经研究过的链格孢菌寄主选择性毒素的生物活性[1 ,4]如表 2 所示.
AM - toxin 是环状四肽 ,有 3 种结构类似物 ,其中 AM - Ⅰ为致毒主成分 ,对感病的苹果品种具有专性毒 害作用 ,AM - Ⅰ的活性是 AM - Ⅱ的 10 倍[5] . AK - toxin 有两种主成分 ,AK - Ⅰ的毒性是 AK - Ⅱ的 100 倍[6] . AF - toxin 和 AK - toxin 的主体化学结构很相似 ,均为三烯酸结构 ,仅在 2′位上的功能团不同 ,AF - toxin 是 - OH ,AK - toxin 是 - NH ,因此 ,AF - toxin 和 AK - toxin 虽分别由草莓链格孢和梨链格孢产生 ,但均可专化
链格孢菌寄主选择性毒素的研究现状
万佐玺 , 强 胜 , 李扬汉
(南京农业大学 农学院 植物科学系 , 江苏 南京 , 210095)
摘要 : 就链格孢属 ( Alternaria) 真菌中产生的 9 种寄主选择性植物毒性 、作用机理及应用研究等方面进行 综述和评论. 指出寄主选择性毒素作为致病因子 , 在致病过程中起着十分重要的作用 ; 利用寄主选择性致 病毒素在防病治病 、抗病育种及杂草防治中有广泛的应用前景. 关键词 : 链格孢菌 ; 寄主选择性毒素 ; 作用机理 ; 应用研究 中图分类号 : S792. 95 ;S571. 1 文献标识码 :A
4 链格孢菌寄主选择性毒素的应用研究
4. 1 利用致病毒素的选择压力进行抗病育种 利用致病菌的选择压力进行抗病育种 ,是选育抗病品种的一条重要途径 ,而利用致病毒素进行抗病育种
更具针对性. 番茄早疫病是一种世界性的重要病害 ,在现有的栽培品种中 ,缺乏抗早疫苗的资源 ,且抗早疫苗 的遗传是受不完全显性基因控制 ,难以通过常规育种的方法选出抗病品种. 随着植物组织培养技术的建立 , 利用致病毒素 (AAL - 毒素) 通过体细胞无性系变异及突变体的筛选而获得抗病品种 ,目前已获得了几个对 早疫病有较高抗性的抗病材料[21] .
第 4 期 万佐玺等 :链格孢菌寄主选择性毒素的研究现状 2 1
品种元帅接种毒素后 SOD 活性降低[2] . 董金皋等 (1999) 研究发现 :无论是接种芸薹链格孢菌 ,还是 AB - 毒 素 ,白菜叶片在 0. 5 - 12 h 内 SOD 和 POD 酶活性都迅速下降 ,说明白菜受芸薹链格孢菌及其毒素影响后 ,可 能活性氧在此期间过量积累 ,导致了最终的感病性[12] . 链格孢菌毒素使紫茎泽兰叶片的 POD 、APX、CAT 活性 下降[16] . 因此可见 ,病原毒素对寄主体内防卫反应重要的酶 SOD 、POD 、CAT、APX 等都有影响 ,导致寄主 的活性氧清除系统中的酶系统受到破坏 ,最终感病.
链格孢菌 ( Alterharia alternata) 广泛分布于许多粮食 、饲料作物及土壤 、灰尘和腐烂的有机物质中 ,一些 致病型的链格孢菌能产生对其寄主植物具有致病活性的代谢产物 ,即致病毒素 ( Pathotoxin) . 根据这些致病毒 素对寄主植物的种或栽培品种是否具有特异生理活性和高度专化性作用位点 ,分为寄主选择性毒素 ( Host specific toxins) 和非寄主选择性毒素 (Non - host specific toxins) . 近些年来 ,研究者们对植物病原真菌毒素的产 生 ,生物活性 、化学结构 、作用机理 、应用等方面作了大量研究.
长期以来 ,人们就曾设想通过中和或钝化植物病原菌毒素的方法达到防治植物病害的目的. 张金林 、董 金皋等 (1995) 发现碱性物质 、无机钠盐 (除钼酸钠外) 、有机酸钠盐 、强氧化剂 ( KMnO4) 对 AB - 毒素的钝化作 用很强[2 ,17] . 据报道 ( Takashi ,1995) ,变兰菌素 ,甲硫氨酸等物质可抑制 AK - 毒素的产生. 这两种化学物质也 可抑制 A . Alternata 苹果变种 AM - 毒素及草莓变种 AF - 毒素的产生 ,并使这两菌致病能力降低[12] .
利用 AB - 毒素代替白菜黑斑病菌鉴定白菜品种的抗黑斑病性 ,筛选抗病优良品种已获成功. 利用 AB 毒素对花粉的选择作用 ,以及 AB - 毒素可以诱导基因突变进行抗病育种 ,为抗病育种提供了一条新思路[2] . 利用 AM - 毒素进行苹果抗斑点落叶病突变体细胞筛选方面 ,我国的彭明生做了一些工作[14] . 4. 2 链格孢菌毒素与杀菌剂开发的研究
毒素种类
AK- toxin AM - toxin AF - toxin AAL - toxin ACR - toxin ACT - toxin AB - toxin AP - toxin AT - toxin
生物活性
引起膜电位快速去极化 ,使 K+ 渗漏增加. 在 0. 01μg/ ml ,引起敏感叶片叶脉坏死. 作用于质膜蛋白和叶绿体基粒片层 ,引起电解质渗漏 诱导草莓黑斑病 ,在 0. 02μg/ ml 下引起草莓和敏感梨坏死. 在 0. 025μg/ ml 下引起敏感番茄品种叶脉坏死 ,而抗性品种在 100μg/ ml 以上仍无毒性. 诱导糙叶柠檬叶褐斑病 ,引起氧化磷酸化解耦联和线粒体超微结构的变化 ,抑制 malate 的氧化. 在 5μg/ ml 下引起中国柑橘敏感品种叶片的特征伤害. 诱导白菜典型的黑斑病 ,叶片黄化 、坏死或萎蔫. 细胞膜破裂 、电解质渗漏 、叶绿体破坏 、叶绿素分解. 诱导感病型木豆黑斑病 ,对病原菌定植及病害诱导是必需的. 在 0. 2μg/ ml 下可抑制感病烟草品种幼苗根系生长.
链格孢毒素能破坏质膜 、叶绿体以及线粒体的结构 ,从而影响细胞正常代谢. AM - 毒素处理的苹果感病 品种叶肉细胞中质膜内陷 ,叶绿体片层之间出现电子致密物质沉积 ,基粒片层松散 ,基质片层和基粒片层排 列不规则 ,部分受害严重的叶绿体 ,其外膜破裂 ,基质片层断开 ,出现基粒排列混乱现象[8] . ACR - 毒素处理 敏感柠檬叶组织 ,1h 后即可见线粒体膨胀 、扭曲 、嵴变少 ,基质渗漏[1] . 3. 2. 2 对寄主生理代谢的影响
第 19 卷第 4 期
湖北民族学院学报 (自然科学版)
Vol. 19 No. 4
百度文库
2001 年 11 月 Journal of Hubei Institute for Nationalities(Nat. Sci. ) Nov. 2001
文章编号 :1008 - 8423 (2001) 04 - 0019 - 04
收稿日期 :2001 - 07 - 29. 基金项目 :农业部九五高技术和基础研究项目 (960205) ;国家教委博士点基金资助 (02 - 03 - 031) . 作者简介 :万佐玺 (1968 - ) ,男 ,湖北建始人 ,硕士 ,讲师 ,主要从事杂草生物防治的研究 ,现工作单位 :湖北民族学院园艺系.
3 链格孢菌寄主选择性毒素的生理作用机理
3. 1 作用位点类型 病原菌毒素对寄主的作用是一个复杂的程序化过程. 确定毒素的最初作用位点是研究毒素作用机理的
关键 ,寄主细胞与毒素间的相互识别即毒素与最初作用位点的作用是毒素选择性的根源[1] . 链格孢菌寄主选 择性毒素的最初作用位点有原生质膜 、线粒体 、叶绿体等[2] . 3. 2 毒素的作用方式 3. 2. 1 对寄主细胞超微结构的影响
1 链格孢菌寄主选择性毒素的主要种类及其概况
自 Tanaka (1933) 从梨黑斑病菌 菊池链格孢 ( Alternaria kikuchiana) 中分离到第一个链格孢菌产生的寄 主选择性毒素 (AK - toxin) 以来 ,现已报道有 9 种链格孢菌产生的寄主选择性毒素[1 - 3] (见表 1) .
致病毒素对寄主生理代谢的影响主要表现在影响质膜透性[1 ,2 ,9 ,12 ] 、酶活性[9 ,12 ] 、激素平衡[10 ] 、光合作 用[1 ] 、呼吸作用[11 ] 、及其它代谢过程[8 ] .
人们已经证明 AK - 毒素能引起细胞膜透性改变 ,电解质外渗 ,抑制细胞 mRNA 和蛋白质的新合成 ,使细 胞中 Cu2 + 和 Fe3 + 的含量增加 ,导致质膜凹陷 ,最后促使梨叶脉坏死[2] . AF - 毒素 3 种组分中的 Ⅰ组分可引起 寄主细胞膜去极化 ,离子泵活性被抑制 , K+ 外渗[2] . AM - 毒素主要作用于质膜蛋白和叶绿体基粒片层 ,引起 电解质渗漏. AM - 毒素只对苹果感病品种的 ATP 酶活性有间接的影响 ,AM - 毒素处理苹果 ,感病品种 SOD 活性降低 ,而抗病品种 SOD 活性升高 ,这说明苹果感抗品种抗病性与 SOD 密切相关[12] . AAL - 毒素可引起感 病番茄乙醇胺和磷酸乙醇胺的异常积累 ,从而抑制磷酸酯酰乙醇胺生物合成. AAL - 毒素的作用位点主要是 线粒体的氨甲酰天冬氨酸转移酶[2] . ACR - 毒素和 AT - 毒素作用位点在线粒体上 ,ACT - 毒素作用位点在质 膜和叶绿体上. ACR - 毒素可使线粒体膜电位发生变化 ,氧化磷酸化解偶联 ,同时还抑制苹果酸的氧化过程. AT - 毒素可使叶组织耗氧量增加 ,线粒体嵴断裂和解体. ACT - 毒素的作用主要是引起寄主细胞电解质的渗 漏[2] . AB - 毒素能改变细胞膜的透性 ,造成电解质外渗[2] . AB - 毒素能够抑制光合作用 ,品种感病性越强 ,抑 制作用越强. 生理研究表明 ,AB - 毒素可能降解叶绿体膜 ,减少叶绿素的含量 ,从而降低光合速率 ,使寄主组 织出现黄化或坏死 ,AB - 毒素还能抑制叶片的光呼吸作用[2] . AP - 毒素对于纤细链格孢在寄主组织中的定 殖以及病害的诱导都是必需的[13] , 但作用位点和致病机制有待深入研究. 3. 2. 3 病原毒素对活性氧清除系统的破坏
表 1 链格孢菌产生的寄主选择性毒素
毒素
AK- toxin ACT - toxin AAL - toxin AF - toxin ACR - toxin AM - toxin AT - toxin AB - toxin AP - toxin
产毒素真菌
菊池链格孢 柑桔链格孢致病型 链格孢番茄致病型
簇生链格孢 柑桔链格孢粗皮柠檬致病型
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2 0 湖北民族学院学报 (自然科学版) 第 19 卷
表 2 链格孢菌寄主选择性毒素的生物活性