水稻内生菌Bacillus cereus YN917的防病促生机理及其全基因组测序分析

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ananluo2009
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稻瘟病(Rice Blast)是目前严重威胁粮食产量及水稻产业可持续发展的毁灭性病害之一。利用植物内生菌防御作物病害、调控作物生长,是作物病害综合治理的有效措施之一。本研究从湖南桃江病圃的健康水稻样本中分离、鉴定了1株蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)菌株YN917,并检测了该菌株对水稻的促生效果及对水稻稻瘟病的防治效果及作用机理,并对其进行了全基因组测序。主要研究结果如下:通过平板对峙法筛选获得1株对稻瘟病菌具有显著抑制作用的菌株YN917(CCTCC No.2020655.1),对水稻稻瘟病菌的抑制效果达72.63%±1.30%。通过形态观察、生理生化特性分析及16Sr RNA序列分析等方法,菌株YN917被鉴定为蜡样芽孢杆菌。菌株YN917能抑制稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)孢子的萌发及菌丝生长,改变菌丝形态,破坏细胞壁,继而溶解菌丝,抑制分生孢子形成。菌株YN917具有溶磷作用,且能分泌IAA、ACC脱氨酶、嗜铁素、解磷酶、蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、β-1,3-葡聚糖酶等主要酶类。菌株YN917对水稻产生了显著的促生作用,施用YN917菌液的水稻种子胚芽比对照显著增长101.54%、胚根增长77.32%;盆栽种植施用YN917菌液的稻苗株高提高48.74%、茎基宽增加17.39%、根长增长157.72%、鲜重增加30.29%、干重增加35.71%,诱导提高水稻幼苗叶片叶绿素含量、根系活力及防御酶活性,可诱导水稻产生防卫反应,通过离体叶片接种、温室盆栽喷雾接种法和连续2年的田间小区试验验证获得菌株YN917对稻瘟病有明显防病促生效果。5叶期叶面离体接种菌株YN917能有效降低苗叶瘟发病率,对叶瘟的防治效果为79.33%~85.89%;菌株YN917对水稻苗叶瘟及穗瘟的防治效果与化学对照药剂20%三环唑WP无显著差异。使用二代+三代即Illumina Hiseq+Pac Bio的手段,完成了B.cereus YN917全基因组的测序分析,获得了菌株YN917的遗传生物学信息(Gen Bank登录号为PRJNA687285),组装后其全基因组总长为5326162 bp,包含一条染色体(5260245 bp)和一个质粒(65917 bp),平均GC含量为35.37%,共编码5483个基因;含有105个t RNA、42个r RNA;178个串联重复序列、3个前噬菌体、9个基因组岛。筛选鉴定出多个与防病促生特性相关的基因,在碳代谢通路中发现与YN917的溶磷特性密切相关的酶基因;在ABC转运代谢、细胞卟啉和叶绿素代谢等通路中发现多个与铁载体分泌有关的基因;在色氨酸代谢通路中发现合成吲哚乙酸的相关基因等。并预测到菌株YN917中有6个次级代谢产物合成基因簇,编码bacteriocin、siderophore、nrps、terpene等抑菌物质。明确菌株YN917产生的抗菌蛋白沉淀的最佳硫酸铵饱和度为80%,且该抗菌蛋白抑菌谱广;耐高温,在-20~60℃范围内对稻瘟病菌均具有较高的抑菌活性,在p H 5~8范围内其抑菌活性无显著变化,具有较强抗逆性。经LC-MS/MS分析鉴定菌株YN917能分泌Molybdenum cofactor。综上所述,本研究筛选的蜡样芽孢杆菌菌株YN917具可作为生防制剂用来防治稻瘟病,也为进一步合理利用生防菌资源提供了理论指导。
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