植物病原细菌致病性决定因子

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图植物病原细菌中的致病岛通过Ⅲ型泌ｍ系统与寄主植物
互作示意图（仿Ａ Ｃｏｌｌｍｅｒ，１９９８）。－ＡｖｒＰｔｏ～Ｐｌｏ示无
毒基因产物与抗病基因产物特弦降互作．
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Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｌｌ ｌｒｌｔｃｒａｃｉｉｏｎｓ ｂｕｔｗ【ｏｎ ｈｏｓｔ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ｐａｔｈｏｇｅｎｉｍｔｙ ｌｓｌａｎｄｓ ｏｔ ｐｌａｎｔ ｐａｔ｝１ｕⅡｌＪｎ≈ ｂａｃｔｅｒｉａ ｔｈｒ（ｍｇｈ ｔｙｐｅⅢｓｃｃｒｃｔｉｏｉｌ ｓｙ ｓｔｅｍ ＊Ａ．，ｒｔ’ＩＯ Ｐｒｏ ｒｃｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔＷｅｅｌｌ Ｉｈｅ ｐｒｏ ｄｕｃｔ ｕｔ ａｎ ａｖｉｒｕｌｅｎｃｅ ｇｅｎｅ １１１ Ｐ ｔＹｒ：＇ｎｇａｅ ｐｖ．“ｍｌｔｌ｛“ ａｎｄ，２１ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｅｎｅ ｉｎ ｔｎｎｌａ＇ｏ
南京农业大学植保学院．农业部病虫监测与治理实验宰，南京２１００９９
中囤分类号：￥４３２ ４２
文献标识码：Ａ
ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＮＴＳ ｏＦ ＰＡＴＨＯＧＥＮＩＣＩＴＹ ＩＮ ＰＩ．ＡＮＴ ＰＡＴＨｏＧＥＮｌＣ ＢＡＣＴＥＲＩＡ
ＣＨ卜１Ｎ Ｇｏｎｇ—ｙｏｕ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎ—ｓｈｅｎｇ
（Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｄｉｓｅａｓｅｓ ａｎｄ Ｉｎｓｅ‘ｔ ｓ，（’ｈｉｎｅｓｅ Ｍｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｍｅ，Ｄｃｐｔ．。ｆ Ｐｌａｎ＊ＰｒｏＴｅｃｔｉｏｎ．Ｎ日ｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉ（Ｕｎｉｖ．Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ ００９０，Ｃｈｉｎａ）
第３２卷 第ｌ期 ２００２，寸 ２月
植物病理学报
ＡＣＴＡ ＰＨＹＴ（）ＰＡＴＨ（）Ｉ，（）ＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ ３２ Ｆｅｂ．
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文章编号：０４Ｉ ２ ０９Ｉ ４（２００２）０１ ０００１ ０７
植物病原细菌致病性决定因子
陈功友，王金生
植物病原细菌大多数为革兰氏阴性菌，主要分布在Ｅｒ＇ｗｉｎｉａ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｘａｎｔ＾ｏｍｏｎａｓ和 Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ４个属中．引起许多栽培植物产生不同的病害。这些植物病原细菌定殖于植物细胞间． 其病程（ｐａｔｈｏｇｅｎｅｓｉｓ）涉及病原细菌的繁殖、组织间扩展和最终产生典型病害症状。尽管植物病 原细菌在细菌学和病理学上表现多样性，但它们都拥有ｈｒｐ基因。ｈｒｐ基因赋予病原细菌在非寄 主上激发过敏反应（ｈｙｐｅｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ＨＲ）和在寄主植物上的致病性（ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙ）或 寄生性＜ｐａｒａｓｉｔｉｓｍ）的能力”。ｈｒｐ基因除决定上述表型外，还编码一Ⅲ型蛋白泌出系统和激发 ｊ｝寄主植物产生ＨＲ的非特异性激发子ｈａｒｐｉｎ，以及调控其它致病相关基因。一般认为，植物病 原细菌致病相关基因除ｈｒｐ基因外．还有Ⅻｒ基因和ｄｓｐ基因。无毒基因（ａｖｉｒｕｌｅｎｃｅ ｇｅｎｅ．ｄｗ） 是根据Ｆｌｏｒ（１ ９７２）摹因基因学说而确定的。因为在亲和性植物上检测不到Ａｖｒ蛋白，也无 ＨＲ．所以删，．基因产物不仅能被植物的抗病基因（Ｒ）编码的生存系统所识别从而在抗病寄主植 物卜激发ＨＲ。、．而且在亲和性（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）感病寄主植物上似乎对寄生性也起关键作用。因 此．Ａｖｒ蛋白被认为是一类两性分子（ｂｉｆｕｎｃｔｉｏｎａ］ｅｆｆｅｃｔｏｒ），在决定病原细菌的无毒性和致病惟 两方‘面起作用。病害专化致病性基困（ｄｉｓｅａｓｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔＹ．ｄｓｐ）决定病原细菌的侵袭力 和代谢能力。此类基因失活．则导致病菌丧失或减弱致病能力，但并不影响激发非寄芒植物产乍 ＨＲ的能力。由Ｈｒｐ系统（也称Ⅲ型泌出系统）泌出的蛋白并不仅仅是病原细菌致病手段中的唯 一分子武器．毒素、激素和某些酶类（如降解植物细胞壁的酶类）在某些植物细菌病害巾对病害症 状的发展也有重要作用４。尽管如此．Ｈｒｐ系统及其泌出蛋白在多数植物病原细菌的寄生性力‘面 仍发挥着最基本作用。其中编码Ⅲ型泌出通道的ｈｒｐ（ＨＲ ａｎｄ ｐａｌｈｏｇｅｎｉｃｉＩＹ）和＾¨（ＨＲ ａｎｄ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ）基凼、编码效应蛋白的ａｖＦ（ａｖｉｒｕｌｅｎｃｅ）和ｈｏｐ（Ｈｒｐ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｕｔ ｐｒｏｔｅｉｎ，依赖ｈｒｐ 的泌出蛋白）基因，决定着植物病原细菌在非寄主和寄丰植物上的反应’。Ａｖｒ蛋白和＾，。卢基园 编码的Ⅲ型泌出系统已有许多文献综述“］。在这里．作者仅就近年来有关植物病原细菌中以ｈｒｐ基因
收稿日期：２０ ｃＩｊ一０ ７－２８；幡回日期：２００１ ０５ ０ ９ 基金璜目 国家“八六三”计划（８６３ ｌ÷１ ０１ ０２—０１）；国家重点墓础研究发展规埘（Ｇ２０００（１ ６２｛）１）：国家自然罐舍
ｆ９００７０４０８）资助项目 作者筒介：陈功左（１ ９６３一）．男河南人。副教授．博士。上要从事分子植物病理学研究。
在ＨｒｐＬ和ＨｒｐＸ的上游．还存在活化因子：】组为ＨｒｐＲ和ＨｒｐＳ；１１组中弘ｚ，为ＨｒｐＧ．Ｒ．
Ⅲ如ｍⅣｄｒＭ２为ＰｒｈＡ（ｐｌａｎ！ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｈｒｐ）““。＾巾Ｇ发生突变，则ｘｎ，中所有ｈｒｐ基因表现为 组成性表达“。本文作者研究发现，水稻黄单胞菌２个致病变种的ｈｒｐ基因调控系统有所不 同‘。”。在功能互补同一ｈｒｐ突变体时，水稻细条斑病菌（ｘ．ｏｒｙｚａｅ ｐｖ．ｏｒｙｚｉｃｏｌａ）需＾，≯ｏ和 ｈｒｐＸ共同作用才能完成Ｈｒｐ表型的恢复，而水稻白时枯病菌（Ｘ．ｎ ｐｖ．ｏｒ３ⅧＰ）则仅需ｈｔｐＸ （资料待发表）。
目前在丁香假单胞中已发现３种∞ｒ／ｈｏｐ基因是与ｈｒｐ／ｈｒ（基因簇相连的、如删ｒＥ和几个 Ｈｒｐ调节的转录单元是与ｐｖ．ｔｏｍａｔｏ＾砷基因簇中ｈｒｐＲ相连的；㈣７。ＰｐｈＥ毗邻，］．。ｊ－ｍ，ｇ“ｒ ｐｖ．ｐｈａｓｅｏｌｉ（、。如的ｈｒｐＹ（ｈｒｐＫ）；ｈｏｐＰｓｙＡ（ｈｒｍＡ）毗邻ｐｖ．Ｓ．ｙＦｉ，Ｈ．ｇ，ａｅ Ｐｓｙ６１中的ｈｒｐＫ’
Ｒ．ｓｏｌａｎａｃｅａｒｕｍ中的ＰｒｈＡ在某种意义上的重要性．不仅因为这种推测的外膜蛋白位十 Ｈｒｐ调控系统的ｒ位，同时还表现在当植物细胞存在时它对＾ｒｐ基因的诱导表达和对拟南芥的 完全毒性作用上。最近在Ｒ．ｓｏｌａｎａｃｅａｒｕｍ中还发现了ｐｒｈＪ和ｈｒｐＧ ｒ１ ４。ＰｒｐＪ与转录因子 ＬｕＸＲ，ＵｈｐＡ家旗同源，由ＰｒｈＡ感应的植物信号分子转导于ｐｒｐＪ上．ＰｒｐＪ控制ｈｒｐＧ的表达， Ｈｒｐ（，再活化调节基因ｈｒｐＢ。
万方数据
植
物
病
理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
学
报
有多种．ｈａｒｐｉｎ和ｐｉｌｉｎ是其中２类胞外Ｈｒｐ蛋白。但需要指出的是．Ｅ．ａｍｙｌｏｚ，ｏＦａ中的＾印？ｉ发 生突变．则会使诱导ＨＲ和致病性的能力完全丧失“６，但ｆ’．ｓｙｒｚｎｇａｔ，中的ｈｒｐＺ发生突变，划对 其Ｈｒｐ表型没有多大影响’１ ７。当接种植物时，这种细菌所产生的ｈａｒｐｉｎ则会诱导植物细胞编程 死亡（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ｃｅｌｌ ｄｅａｔｈ，ＰＣＩ）），由ｈａｒｐｉｎ诱导的ＰＣＤ机制还不完全明ｒ。董汉松等人” 认为，ｈａｒｐｉｎ诱导的ＰＣＤ是由水杨酸（ｓａｌｉｓｙｌｉｃ ａｃｉｄ，ＳＡ）并经Ⅳ，肘１（一种调控系统获得抗病 性的基因）介导的信号传导途径启动的。是否不同属植物病原细菌产生的ｈａｒｐｉｎ昕诱导的ＰＣＤ 都有此共性，这还有待于研究。最近在Ｅ．ａｍｙｌｏｖｏｒａ和Ｐ．！＇，ｒｉｎｇａｅ中还发现了ｈｒｐＶｖ７．其产物也 具有ｈａｒｐｉｎ特征。ＨｒｐＷ的ｃ一端与真菌和细菌的果胶裂解酶同源．但不具果胶裂解酶活性，但它 可与果胶结合““”］。Ｐ．ｓｙｒｉｎｇａｅ中的ｈｒｐＷ基因位于Ｈｒｐ致病岛的ＣＥＩ。中”。这说明ｈｒｐＷ口Ｊ 能也是保守的，而且可能与寄主植物细胞壁的果胶有关。现在坯不清楚一种病原细菌为什么会存 在２类ｈａｒｐｉｎ。
万方数据
ｌ期
陈功友等：植物病愿细菌致病性决定斟子
２ 致病岛中关键基因
动埴物病原细菌致病岛的概念才提出不久。对其遗传构成和功能还仅是大体轮彝。植物病原 细菌致病岛中可能包括如下几类基因。 ２．１ ｈｒｐ／ｈｒｃ基园
ｈｒｐ／ｈｒｃ基因在革兰氏阴性植物病原细菌中广泛存在．并已在尸．删ｒｌｎｇａｅ ｐｖ．ｓ∥ｒｉｎｇａｅ （Ｐｓｙ）６１、Ｅｒｎｗｉｎｉａ ａｒａｙｌｏｗｏ，｜‘ａ Ｅａ３２ｌ、Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓ ｐｖ．ｖｅｓｉｆａｔｏｒｉａ（Ｘｃｖ）８５ １ ０和 Ｒａｌｓｔｏｎｉａ ｓｏｆ“ｎ“ｒＰⅡｒ“ⅢＧＭｌｌ ０００中进行了全序列测定。基于不同的基因排列和调控组分．这４ 种植物病原细菌被分为２组。Ｉ组以Ｐ．３．ｐｖ．ｓｙｒｉｎｇａｅ和Ｅ．ａｍｙ［ｏｖｏｒａ为代表．ＩＩ组以Ｘｃｖ和尺． ，。缸，㈨Ｙ“ｒ“坍为代表“。。
植物病原细菌的ｈｒｐ基因一般为２０～２７个，分别对Ⅲ型泌出系统、调节系统和依赖ｈｒｐ基 因的外泌蛋白负责。 ２．１．１ Ⅲ型蛋白泌出系统在植物病原细菌的ｈｒｐ基因簇巾已鉴定出９个＾ｒｃ基因”组成Ⅲ 型蛋白泌出系统。这９个基因在动植物病原细菌中是高度保守的，具有将Ａｖｒ蛋白转运穿过植 物细胞壁和细胞膜的能力‘。植物病原细菌Ⅲ型蛋白泌出系统在结构和功能方面具有４个主要 特征８：＿＿Ｉ在细菌细胞膜上，形成一种膜转位器，其中８种成分与细菌鞭毛装配器组分同源；ｇ形 成的胞外纤毛性附属物Ｈｒｐ ｐｉｌｉ与泌出有荚，有将效应蛋白注入植物细胞中的能力；⑨依赖＾ｐ 系统的泌出蛋白．其缺乏Ｎ末端信号肽，泌出信号存在于泌出蛋白的ｍＲＮＡ的５ ７端。 ２．１．２ Ｈｒｐ调节系统Ｈｒｐ调节系统的运行机制还知之甚少。基本的概念是：当病原细菌接种 于植物上或于类似培养外质体的无机培养基上生长时，ｈｒｐ基因日Ｊ以表达，但不能在丰富的细菌 培养基上表达。１。在植物病原细菌１组Ｈｒｐ调节系统中，ｈｒｐ操纵元可由ＨｒｐＬ活化，Ｈｒｐｌ，可活 化启动子中有＾巾或“Ｕｒ框（（；ＧＡＡＣＣＮＡ Ｎ１４ ＣＣＡＣＮＮＡ）的ｈｒｐ基因或ａｚｌｒ基因”。ＩＩ组 ｈｒｐ调节系统中的ｈｒｐ操纵元可被ＨｒｐＸ（对Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ『ｆＩｉ言）或ＩｔｒｐＢ（对Ｒ．ｓｏ［ａｎ“（Ｐｗ“Ⅳ？而 言）活化１ ４。ＨｒｐＸ可通过启动子中ＰＩＰ（ｐｌａｎ！ｉｎｄｕｅｅａｂｌｅ ｐｒｏｍｏｔｏｒ）框（ＴＴＣ（ｒＬ＿ＮＩ ５一 ＴＴＣＧＣ）活化ｈｒｐ基因转录。
另外，Ｅ．ｃａｒａｔｏｚ”‘Ⅱ中编码ｈａｒｐｉｎ的ｈｒｐＮ．是由细胞密度感应信号Ｎ一（３－羟已酸）Ｌ离丝 氨酸内酯（Ｎ一（３ ｏｘｏｈｅｘａｎｏｙｌ）Ｌ ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅ［ａｃｔｏｎｅ）活化的，并由ＲｓｍＡ进行负调控。ＲｓｍＡ 是一种通用调节因子，功能上与调控胞外酶产生的机制相似”ｊ。 ７．ｔ．３依赖Ｈｒｐ的外泌蛋白（Ｉ｛ｒｐ ｄｅｐｅｎｄｅｍ ＯＵｔ ｐｒｏｔｅｉｎ，Ｈｏｐ） 由Ⅲ型泌出系统泌出的蛋白
万方数据
植
物
病
理
学
报
为核心的致病岛概念所涉及的研究工作作一简要介绍，以期在理解植物病原细莆致病性机制及 其与植物协同进化方面有所帮助。
１ 致病岛（ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙ ｉｓｌａｎｄｓ）
致病岛（ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙ ｉｓｌａｎｄｓ，Ｐａｉｓ）的概念是Ｈａｃｋｅｒ等人在系统研究动物病啄细菌的ｌ『型 泌出系统之后提出的“““。致病岛是基因簇，其中包含控制病原细菌建立基本寄生性和致霜性 的基因座位。病原细菌的致病岛具有７个特征：（１）包括许多毒性基因；（２）选择胜地存在于病原 细菌中．即非病原细菌中无此致病岛；（３）与基因组其它部位的ＤＮＡ相比，致病岛具有不同的Ｇ ＋Ｃ含量；（４）占居较大的染色体区域；（５）常常与直接的重复序列相毗邻；（６）致病岛两边是 ｔＲＮＡ基因和／或隐秘的遗传转移元件；（７）不稳定，有些致病岛在同种病原细荫中可插八到基因 组的不同位点．有些致病岛则表现为镶嵌式结构，显示出多重水平转移特征。
寄寄生性生性－－）ｉ—Ａ、”Ｉｌ弋ｔ卜嗣——三菇一兰篇盏应＆
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Ａｌｆａｎｏ等人－ｔ－在对Ｐ．ｓｙｒｉｎｇａｅ不同致病变种的致病相关基因进行比较研究后发现了Ｐ ｓ．ｙｒｉｎｇａｅ与ｈｒｐ基因有关的致病岛．或称Ｈｒｐ致病岛（Ｈｒｐ ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙ ｉｓｌａｎｄ，ｌ｛ｒｐ Ｐａｉ）。Ｈｒｐ 致病岛在结构卜有３个特点（图）：（１）含三个镶嵌式结构：一个可变的效出蛋白基罔座 （ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔｏｒ ｌｏｃｉ，ＥＥｌ。）、一个居中的ｈｒｐ／ｈＭ摹因簇和一个保守的效应蛋白基因座 （ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒｌｏｃｉ，ＣＥＬ）；（２）原始基因组中有ｔＲＮＡ插入位点；（３）３个镶嵌式结构中的 基因对病原细菌的致病性有不同的作用。ＥＥＬ中携有可变的效应蛋白基因，埘病原细菌在寄主 植物上的寄生适应性产生影响。ｈｒｐ／ｈｒｃ基因座编码Ｈｒｐ泌出系统，是效应蛋白泌出转运、病原 细菌寄生性和致病性所需要的”。ＣＥＬ对Ｈｒｐ泌出功能无明显影响，但决定着某种致病变种对 某种寄主植物的基本致病性。。。