Streptomyces чесотка - Streptomyces scabies

Streptomyces чесотка
Научная классификация
Королевство:
Бактерии
Тип:
Актинобактерии
Учебный класс:
Актиномицеты
Заказ:
Актиномицеты
Семья:
Streptomycetaceae
Род:
Streptomyces
Разновидность:
С. чесотка
Биномиальное имя
Streptomyces чесотка
Ламберт и Лория
Синонимы

Ооспора чесотка Thaxter 1892
Актиномицеты чесотки Гуссов 1892
Streptomyces scabiei Truper и De'clari 1997

Streptomyces чесотка или же Streptomyces scabiei это стрептомицет виды бактерий, встречающиеся в почвах по всему миру.[1] В отличие от большинства из 500 или около того Streptomyces вид это возбудитель растений вызывая образование пробковых образований на клубень и корнеплоды а также уменьшение роста рассады. Наряду с другими близкородственными видами вызывает заболевание картофеля. парша обыкновенная, которое является экономически важным заболеванием во многих районах выращивания картофеля. Впервые он был описан в 1892 году и был классифицирован как гриб, после чего был переименован в 1914 году и снова в 1948 году. Streptomyces вызвать аналогичные заболевания С. чесотка но другие, более близкие виды - нет.

В геном из С. чесотка был последовательный и является самым большим Streptomyces геном известен до сих пор. Геном содержит остров патогенности содержащие гены, необходимые для С. чесотка заражать растения, которые могут передаваться между разными видами. С. чесотка может продуцировать несколько родственных токсинов, которые в наибольшей степени ответственны за его патогенность, но были также определены несколько других систем, которые вносят свой вклад. Он может инфицировать молодые всходы всех растений, а также зрелые корнеплоды и клубнеплоды, но чаще всего вызывает парша обыкновенная картофеля.

Таксономия

Первое известное упоминание об обыкновенной парше картофеля относится к 1825 году, но изначально не предполагалось, что это имеет биологическую причину.[2] Изоляты организма, вызывающего паршу картофеля, впервые были выделены Роланд Такстер в Коннектикут в 1890 и 1892 годах он описал первичный штамм как Ооспора чесотка. Первоначальная культура не сохранилась.[3][4] В 1914 г. Г. Т. Гуссов переименовал вид Актиномицеты чесотки, отмечая, что Ооспора была неправильной классификацией, так как заболевание не было вызвано грибком.[5][6] Род Streptomyces был впервые предложен Ваксманом и Хенрици в 1943 г., что означает «гибкий или изогнутый гриб».[7] Большинство видов Streptomyces находятся сапротрофный питаясь мертвым веществом, относительно немногие из них вызывают болезни. В 1948 г. Ваксман и Хенрици использовал имя Streptomyces чесотка описать вид[3] и это название было возрождено в 1989 году Ламбертом и Лорией, купившими вместе 12 различных штаммов, которые сформировали одну однородную группу.[4] В 1997 году название было изменено на Streptomyces scabiei следуя грамматическим правилам, изложенным в Правиле 12c Международный кодекс номенклатуры бактерий.[8] В 2007 году Ламберт и Лориа рекомендовали оригинальное имя Streptomyces чесотка быть сохраненным из-за его давнего использования, и он продолжает использоваться сегодня.[3][9]

В 1979 году Элесави и Сабо предложили отнести его к кластеру диастатохромогенов вместе с С. neyagawaensis, С. боттропенсис, S. diastatochromogenes, S. eurythermus и С. griseosporeus, что позже было подтверждено другими авторами на основе морфологического и генетического анализа.[10]

Похожие виды

По крайней мере четыре других вида Streptomyces также вызывают заболевания клубней картофеля.[7] Наиболее распространенные виды, кроме С. чесотка находятся С. turgidiscabies и S. acidiscabies, которые можно отличить по морфологии, способу использования источников пищи и 16S РНК последовательности.[1] В отличие от С. чесотка, S. acidiscabies преимущественно передается через семена, а не через почву, и его можно подавить с помощью инсектицидов и нематицидов, что позволяет предположить, что микрофауна играет определенную роль в его передаче.[11] В 2003 г. три других вида Streptomyces вызывающие общие симптомы парши, были выделены в Корее и названы S. luridiscabiei, S. puniciscabiei и S. niveiscabiei. Они отличаются от С. чесотка наличие спор разного цвета.[12] С. ipomoea вызывает аналогичное заболевание на сладкий картофель клубни.[13]

Есть и другие виды Streptomyces обнаруживается в поражениях парши на клубнях картофеля, не вызывающих заболевания. Из клубней было выделено 16 различных штаммов, и на основании их генетического анализа они наиболее похожи на С. гризеорубер, S. violaceusniger, С. albidoflavus и S. atroolivaceus.[14]

Описание

Картофель, зараженный паршой обыкновенной

Streptomyces чесотка это стрептомицет бактерии, что означает, что он образует мицелий сделано из гифы, форма роста, обычно связанная с грибы. Гифы Streptomyces, намного меньше грибов (0,5–2,0мкм ) и образуют сильно разветвленный мицелий. Они есть Грамположительный и имеют высокую долю Основания ДНК гуанин и цитозин[7] (71%) в своих геном.[4] Геном штамма 87.22 был последовательный и это 10,1 Мбит / с, кодирует 9 107 предварительных генов. Все Streptomyces секвенированные на данный момент геномы относительно велики для бактерий, но геном С. чесотка самый большой.[15][16] Когда культурный на агар в гифах образуются воздушные фрагменты, несущие цепочки спор, что придает культуре нечеткий вид. Цепочки спор имеют вид штопора и имеют серый цвет.[7] Эти цепочки позволяют отличить его от других видов, которые являются вирулентными для картофеля. Каждая цепочка содержит 20 или более спор размером 0,5 на 0,9–1,0 мкм, гладких и серых. Бактерии часто отличаются своей способностью расти на средах, содержащих различные вещества, которыми они питаются или которые подавляют их рост. Определяющие характеристики штаммов С. чесотка что они растут на сахаре рафиноза, не могут деградировать ксантин и при выращивании на среде, содержащей аминокислоту тирозин, они производят пигмент меланин, то же химическое вещество, которое придает цвет кожи людям. Эта черта часто связана с их способностью вызывать болезнь, но не всегда присутствует и считается вторичной чертой. Их убивают 10 человекIU антибиотика пенициллин G на мл, 25 мкг из олеандомицин на мл, 20 мкг стрептомицин на мл, 10 мкг талловый ацетат на мл 0,5 мкг кристально-фиолетовый на мл и 1000 мкг фенол за мл. Нижайший pH при котором они будут расти, незначительно варьируется между сортами, но составляет от 4 до 5,5.[4]

Когда он поражает посевы, он вызывает образование пробковых поражений на клубне или стержневом корне. Поражения обычно коричневого цвета, диаметром в несколько миллиметров, но размер и цвет могут варьироваться в зависимости от условий окружающей среды. Заболевание не влияет на урожай не делают клубни несъедобными, но ухудшают качество урожая, что снижает их ценность или даже делает их нерентабельными.[1]

Подобные заболевания

Существуют и другие микробы, которые наносят аналогичный вред посевам картофеля. С. чесотка. В Великобритании наиболее распространены порошкообразная парша вызвано протист Spongospora subterranea f. sp. subterranea и серебряный налет и Черная точка вызвано грибами Гельминтоспориум солани и Коккоды Colletotrichum соответственно.[17] Сетчатая парша считается, вызвано другими видами, включая S. reticuliscabiei.[18]

Вирулентность

Химическая структура такстомина А
Целлобиоза сахар, который присутствует в стенках растущих клеток, которые С. чесотка обнаруживает, а затем начинает производить токсины

Основной маршрут, по которому С. чесотка попадает в клубни картофеля через чечевицы - поры для газообмен в кожуре картофеля. Другие данные свидетельствуют о том, что они также могут напрямую проникать в кожа картофеля, вызывающего инфекцию.[19]

Токсины

Пять токсинов были выделены из С. чесотка которые вызывают образование корок на клубнях картофеля. Они классифицируются как 2,5-дикетопиперазины,[20] с наиболее многочисленными химическая формула C22ЧАС22N406. Первыми двумя, которые были выделены в 1989 г., были такстомин А и такстомин B, из которых такстомин A был преобладающим соединением. Такстомин A и такстомин B отличаются только такстомином B, имеющим водород в точке C20 а не гидроксил группа.[21] Три года спустя та же группа исследователей выделила несколько других токсинов, структура которых аналогична первым двум, которые они изолировали.[22] которые считаются предшественники к такстомину А.[23] Считается, что такстомин А необходим для появления симптомов[24] а патогенность штаммов коррелирует с количеством вырабатываемого ими такстомина А.[25] Он синтезируется протеин-синтетазой, кодируемой txtA и txtB гены, образующие циклический дипептид, который затем гидроксилируется монооксигеназа цитохрома P450 закодировано txtC. Затем дипептид нитрируется ферментом, подобным ферментам млекопитающих. синтаза оксида азота[24] в четвертом положении остатка триптофана.[26] Все гены, необходимые для биосинтеза такстомина, расположены в одной части генома, называемой остров патогенности, который также находится в S. acidiscabies и С. turgidiscabies[24] длина которого составляет около 660 КБ.[26] Токсины образуются только после того, как бактерии заселили клубень картофеля, и считается, что они обнаруживают картофель, ощущая определенные молекулы, присутствующие в его клеточных стенках. Целлобиоза, подразделение целлюлоза, активирует продукцию такстомина у некоторых штаммов, но Суберин также действует как активатор, вызывая множество изменений в протеом бактерий после его обнаружения.[24]

Мишень токсинов неизвестна, но есть доказательства того, что они подавляют рост стенки клеток растений.[7] Они не относятся ни к органам, ни к растениям, и если их добавить к листьям различных видов, они погибнут,[27] указывает на то, что цель очень консервативный.[28] Добавление такстомина А в рассаду или суспендированные культуры клеток растений заставляет их увеличиваться в объеме, и обработанные им кончики корней лука не могут образовывать сотовые пластины предполагая, что это влияет на синтез целлюлоза. Подавление образования клеточных стенок может помочь С. чесотка проникновение в клетки растений - ключевой шаг в заражении. Тот факт, что струпья образуются только в областях быстрорастущих тканей, согласуется с этой гипотезой.[7]

Прочие компоненты

Помимо генов, вырабатывающих токсины, были выявлены и другие гены, которые помогают С. чесотка для заражения растений. А томатиназа фермент, кодируемый tomA которые могут разрушить антимикробный сапонин α – помидор. Воздушный рост мутантов, лишенных этого гена, подавляется, но мицелий может продолжать расти.[29] Nec1 - это еще один белок, необходимый для вирулентности, который секретируется бактериями. Неясно, как это приводит к болезни, но может подавить Защитные механизмы что такстомин активируется.[30] Другой кластер генов в штамме 87.22 очень похож на кластер, обнаруженный у грамотрицательных патогенов растений. Pseudomonas syringae и Pectobacterium atrosepticum. Кластер производит коронафацовая кислота, входит в состав растительного токсина коронатин который имитирует гормон растения жасмонат, способствуя вирулентности.[28]

В 2007 г. регулятор транскрипции txtR, который является членом AraC / XylS семейство белков. Белок обнаруживает целлобиозу, а затем вызывает изменения в экспрессия гена генов, необходимых для продукции такстомина, а также продукции txtR. Когда txtR является замолчать в штамме 87.22 экспрессия txtA, txtB и txtC уменьшается в 40 раз, что приводит к резкому снижению выработки такстомина А. TxtR не является универсальным регулятором патогенности, однако, как некоторые nec1 и tomA на них не влияет его отключение. Считается, что С. чесотка не может разлагать целлюлозу как таковую, а вместо этого обнаруживает целлобиозу, которая просачивается через стенки растительных клеток в областях, где корни активно растут.[26]

В путь транслокации близнецов аргинина является важным путем, участвующим в вирулентности, который транспортирует белки через клеточную мембрану бактерий. Считается, что этим путем транспортируется более 100 различных белков, некоторые из которых необходимы для вирулентности, а другие - только для нормального роста.[28]

Защита

Очень мало известно о защитных механизмах, которые растения используют против актинобактерий, таких как С. чесотка. Когда модель завода, Arabidopsis thaliana бросает вызов С. чесотка или такстомин A производит противомикробное фитоалексин называется скополетин, который, как известно, накапливается в табаке при его заражении патогенами. Это приводит к тому, что бактерии растут медленнее и производят меньше такстомина А, что, как считается, связано с репрессией гена синтазы оксида азота, участвующего в его синтезе. Скополетин был обнаружен в пораженных клубнях картофеля, но его роль в защите от С. чесотка неизвестно. Другие защитные механизмы также были отмечены в A. thaliana к такстомину A, включая инициирование запрограммированная гибель клеток, отток ионов водорода и приток ионов кальция.[27]

Хосты

Streptomyces чесотка может инфицировать многие растения, но чаще всего вызывает заболевание клубней и основных корнеплодов. Вызывает паршу на картофель (Solanum tuberosum), свекла (Beta vulgaris ), морковь (Daucus carota ), пастернак (Pastinaca sativa), редис (Raphanus sativus ), брюква (Brassica napobrassica) и репы (Brassica rapa ). Он также подавляет рост рассады обоих однодольные и двудомный растения.[1] Сорта картофеля различаются по восприимчивости к С. чесотка.[11] Более устойчивые сорта, как правило, имеют меньше, более жесткие чечевички и более толстую кожицу, хотя авторы не согласны с конкретными характеристиками, необходимыми для устойчивости.[19]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Lerat, S .; Simao-Beaunoir, A.M .; Болье, К. (2009). «Генетические и физиологические детерминанты патогенности Streptomyces scabies». Молекулярная патология растений. 10 (5): 579–85. Дои:10.1111 / j.1364-3703.2009.00561.x. ЧВК  6640508. PMID  19694949.
  2. ^ Миллард, У. А. (1923). «Картофельная парша обыкновенная». Анналы прикладной биологии. 10: 70–88. Дои:10.1111 / j.1744-7348.1923.tb05654.x.
  3. ^ а б c Lambert, D. H .; Loria, R .; Labeda, D. P .; Сэдлер, Г. С. (2007). «Рекомендация по сохранению названия Streptomyces scabies. Запрос заключения». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 57 (Пт 10): 2447–8. Дои:10.1099 / ijs.0.65275-0. PMID  17911322.
  4. ^ а б c d Lambert, D. H .; Лориа, Р. (1989). «Streptomyces scabies sp. Nov., Nom. Rev». Международный журнал систематической бактериологии. 39 (4): 387. Дои:10.1099/00207713-39-4-387.
  5. ^ Loria, R .; Bukhalid, R.A .; Фрай, Б. А .; Кинг, Р. Р. (1997). «Патогенность растений в роду Streptomyces». Болезнь растений. 81 (8): 836–846. Дои:10.1094 / PDIS.1997.81.8.836. PMID  30866367.
  6. ^ Гюссов, Х. Т. (1914). «Систематическое положение организма парши обыкновенной». Наука. 39 (1003): 431–433. Дои:10.1126 / science.39.1003.431. PMID  17781835.
  7. ^ а б c d е ж Loria, R .; Coombs, J .; Yoshida, M .; Kers, J .; Бухалид, Р. (2003). «Недостаток бактериальных корневых заболеваний: Streptomyces успешны там, где другие терпят неудачу». Физиологическая и молекулярная патология растений. 62 (2): 65–72. Дои:10.1016 / S0885-5765 (03) 00041-9.
  8. ^ Truper, H.G .; De'clari, L. (1997). «Таксономическое примечание: необходимая корректировка конкретных эпитетов, образованных как существительные (существительные)» в приложении"". Международный журнал систематической бактериологии. 47 (3): 908. Дои:10.1099/00207713-47-3-908.
  9. ^ Пол Дайсон (2011). Streptomyces: молекулярная биология и биотехнология. Horizon Scientific Press. п. 5. ISBN  978-1-904455-77-6. Получено 16 января 2012.
  10. ^ Bukhalid, R.A .; Takeuchi, T .; Labeda, D .; Лориа, Р. (2002). «Горизонтальный перенос гена вирулентности растений, nec1 и фланкирующих последовательностей среди генетически различных штаммов Streptomyces в кластере диастатохромогенов». Прикладная и экологическая микробиология. 68 (2): 738–744. Дои:10.1128 / AEM.68.2.738-744.2002. ЧВК  126678. PMID  11823214.
  11. ^ а б Lambert, D.H .; Ривз, А. Ф .; Goth, R.W .; Основания, Г. С .; Гигги, Э.А. (2006). «Относительная восприимчивость сортов картофеля к Streptomyces scabiei и S. acidiscabies» (PDF). Американский журнал исследований картофеля. 83: 67–70. Дои:10.1007 / BF02869611. S2CID  35736071.
  12. ^ Парк, Д. Х .; Kim, J .; Kwon, S .; Wilson, C .; Yu, Y .; Hur, J .; Лим, К. (2003). «Streptomyces luridiscabiei sp. Nov., Streptomyces puniciscabiei sp. Nov. и Streptomyces niveiscabiei sp. Nov., которые вызывают паршу картофеля в Корее». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 53 (Pt 6): 2049–54. Дои:10.1099 / ijs.0.02629-0. PMID  14657144.
  13. ^ Кларк, К. А. (1987). «Гистопатология инфекции корня сладкого картофеля Streptomyces ipomoea». Фитопатология. 77 (10): 1418. Дои:10.1094 / Фито-77-1418.
  14. ^ Doumbou, C .; Акимов, В .; Côté, M .; Charest, P .; Болье, К. (2001). «Таксономическое исследование непатогенных стрептомицетов, выделенных из поражений парши обыкновенной на клубнях картофеля». Систематическая и прикладная микробиология. 24 (3): 451–6. Дои:10.1078/0723-2020-00051. PMID  11822683.
  15. ^ Пол Дайсон (1 января 2011 г.). Streptomyces: молекулярная биология и биотехнология. Horizon Scientific Press. п. 15. ISBN  978-1-904455-77-6. Получено 16 января 2012.
  16. ^ «Streptomyces scabies». Институт Сэнгера. Получено 2001-02-26.
  17. ^ Cullen, D.W .; Белл, К. (1999). Диагностика возбудителей кожных дефектов картофеля (PDF) (Отчет). Шотландский институт защиты сельскохозяйственных культур.
  18. ^ Дэвид Стед (ноябрь 2004 г.). «Безводные меры борьбы с паршой картофеля обыкновенной» (PDF). Картофельный совет Великобритании. Получено 2011-06-22.
  19. ^ а б Тегг, Роберт С .; Gill, Warwick M .; Томпсон, Ханна К .; Дэвис, Ноэль В .; Росс, Джон Дж .; Уилсон, Калум Р. (2008). «Индуцированная ауксином устойчивость к парше картофеля связана с ингибированием токсичности такстомина» (PDF). Болезнь растений. 92 (9): 1321–1328. Дои:10.1094 / PDIS-92-9-1321. PMID  30769443.
  20. ^ Borthwick AD (май 2012 г.). «2,5-Дикетопиперазины: синтез, реакции, медицинская химия и биоактивные натуральные продукты». Химические обзоры. 112 (7): 3641–3716. Дои:10.1021 / cr200398y. PMID  22575049.
  21. ^ King, R. R .; Lawrence, C.H .; Clark, M.C .; Калхун, Л. А. (1989). «Выделение и характеристика фитотоксинов, связанных с чесоткой Streptomyces». Журнал химического общества, химические коммуникации (13): 849. Дои:10.1039 / C39890000849.
  22. ^ King, R. R .; Lawrence, C.H .; Калхун, Л. А. (1992). «Химия фитотоксинов, связанных с чесоткой Streptomyces, возбудителем парши картофеля обыкновенной». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 40 (5): 834–837. Дои:10.1021 / jf00017a025.
  23. ^ Бэбкок, М. Дж .; Eckwall, E.C .; Шоттель, Дж. Л. (1993). «Производство и регулирование вызывающих паршу фитотоксинов Streptomyces scabies» (PDF). Микробиология. 139 (7): 1579. Дои:10.1099/00221287-139-7-1579.
  24. ^ а б c d Lauzier, A .; Simao-Beaunoir, A.M .; Bourassa, S .; Poirier, G.G .; Talbot, B .; Болье, К. (2008). «Влияние картофельного суберина на протеом Streptomyces scabies». Молекулярная патология растений. 9 (6): 753–62. Дои:10.1111 / j.1364-3703.2008.00493.x. ЧВК  6640534. PMID  19019004.
  25. ^ King, R. R .; Lawrence, C.H .; Кларк, М.С. (1991). «Корреляция производства фитотоксина с патогенностью изолятов Streptomyces scabies из клубней картофеля, инфицированных паршой». Американский картофельный журнал. 68 (10): 675. Дои:10.1007 / BF02853743. S2CID  22057095.
  26. ^ а б c Joshi, M. V .; Bignell, D.R.D .; Johnson, E.G .; Sparks, J. P .; Гибсон, Д. М .; Лориа, Р. (2007). «Регулятор AraC / XylS TxtR модулирует биосинтез такстомина и вирулентность при чесотке Streptomyces». Молекулярная микробиология. 66 (3): 633–42. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2007.05942.x. PMID  17919290.
  27. ^ а б Lerat, S .; Babana, A.H .; Эль Оирди, М .; Эль-Хадрами, А .; Daayf, F .; Beaudoin, N .; Bouarab, K .; Болье, К. (2009). «Streptomyces scabiei и его токсин, такстомин А, вызывают биосинтез скополетина в табаке и Arabidopsis thaliana». Отчеты о растительных клетках. 28 (12): 1895–903. Дои:10.1007 / s00299-009-0792-1. ISSN  0721-7714. PMID  19859716. S2CID  20368239.
  28. ^ а б c Joshi, M. V .; Mann, S.G .; Antelmann, H .; Widdick, D.A .; Fyans, J. K .; Chandra, G .; Hutchings, M. I .; Toth, I .; Hecker, M .; Loria, R .; Палмер, Т. (2010). «Двойной путь транспорта белков аргинина экспортирует множественные белки вирулентности в растительном патогене Streptomyces scabies» (PDF). Молекулярная микробиология. 77 (1): 252–271. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2010.07206.x. PMID  20487278.
  29. ^ Seipke, R. F .; Лориа, Р. (2008). "Streptomyces чесотка 87-22 Обладает функциональной томатиназой ». Журнал бактериологии. 190 (23): 7684–7692. Дои:10.1128 / JB.01010-08. ЧВК  2583622. PMID  18835993.
  30. ^ Джоши, М .; Ронг, X .; Moll, S .; Kers, J .; Franco, C .; Лориа, Р. (2007). "Streptomyces turgidiscabies выделяет новый белок вирулентности, Nec1, который способствует заражению". Молекулярные взаимодействия растений и микробов. 20 (6): 599–608. Дои:10.1094 / MPMI-20-6-0599. PMID  17555268.

внешняя ссылка