75个基因“合谋”致十字花科蔬菜黑腐病
本报北京5月18日讯(记者刘英楠)十字花科蔬菜黑腐病严重影响白菜、萝卜等蔬菜的正常生产，却一直缺少高效、特异防治手段。中国科学院微生物研究所等单位研究人员最近进一步揭示该病致病机理，发现共有13类共75个基因参与该病的发生和发展。这一成果以封面文章的形式，发表在近日出版的国际基因组学专业权威杂志《基因组研究》(Genome Res
earch)上。
何朝族研究员于2000年入选中科院“百人计划”，现任职于中国科学院微生物所植物基因组学国家重点实验室，从事植物分子生物学和植物病原微生物基因组学研究。他介绍，十字花科蔬菜黑腐病是由“野油菜黄单胞菌”引起的。黄单胞菌是一类生存于土壤当中的革兰氏阴性菌，绝大多数种类都是植物病原菌，危害一百多种单子叶植物和数百种双子叶植物。其中，野油菜黄单胞菌是造成世界范围内十字花科蔬菜黑腐病的病原，在高温、高湿的环境条件下，能通过植物的维管束迅速感染，致使植物叶片产生萎蔫、坏死、腐烂，出现典型的“V”字型黑斑，患上可怕的“黑腐病”。
野油菜黄单胞菌于1895年被成功分离，随后100多年里科学家从未停止对该细菌的研究。该病原菌会严重影响甘蓝、白菜、花椰菜、荠菜和萝卜等植物的产量和质量，为蔬菜产业带来重大损失。然而，目前要防治黑腐病，还缺少高效、特异的方法，常规使用的化学农药防治方法则极易造成环境污染。因此，深入了解野油菜黄单胞菌感染植物的过程，将为防治黑腐病提供理论上的指导。另外，该细菌还是研究植物病原细菌与寄主相互作用的范例。由于野油菜黄单胞菌能感染模式植物拟南芥，而拟南芥的全基因组序列又已测定，两者实际上已成为探索植物与微生物相互作用的极好的研究对象，可据其了解细菌致病过程，以及病原体与宿主间的协同进化关系。
在“863”计划、国家自然科学基金委员会和中国科学院的联合资助下，何朝族等与国家人类基因组南方中心、广西大学和国家人类基因组北方中心等单位合作，完成了一个野油菜黄单胞菌基因组全序列的测定，并利用比较基因组学和功能基因组学等先进手段，系统地研究了参与黑腐病致病过程的基因。他们从16512个突变体中，通过实验证实至少有13类共75个基因——约占全基因组4273个基因的1.8%——直接或间接参与该病害的发生和发展。这些基因的鉴定，表明黑腐病致病过程非常复杂，需要多种细菌生理和代谢过程共同参与；同时为深入分析该病害的分子机理，提供了遗传学证据和实验材料。
研究者通过与巴西科学家所测的另一个野油菜黄单胞菌基因组的对比，发现虽然这两个细菌基因组中有高达97%的基因是保守的，但各自具有若干菌株特异性的基因，其中一些有可能与致病性有关。有趣的是，这两个从基因成分而言高度保守的基因组，却由于倒位、易位、缺失等遗传重组的原因，使它们的基因排列顺序产生了很大的差异。其中最大规模的一个遗传易位，使得两个基因组的基因排列顺序互为镜像，好比人的左手与右手的形状。这种“奇妙”的现象，以往仅发生于亲缘关系较远的细菌基因组之间。
我国科学家在十字花科蔬菜黑腐病菌比较基因组学和功能基因组学研究领域取得的这一重要进展，作为封面文章发表于近日出版的《基因组研究》上，据悉，这是国内相关研究首次以封面文章形式在该杂志发表。《基因组研究》编辑部还同期发布新闻，向国际公众介绍这项研究成果，认为该工作“开展了迄今为止最大规模的病原细菌(含动物病原细菌)基因突变和致病相关基因筛选工作”，因而给予了高度评价。
野油菜黄单胞菌与水稻白叶枯病菌同属一类细菌，有关专家认为，这项研究结果还将有助于我国水稻以及其它农作物细菌性病害的研究。科学家有望通过对比病原菌相同和不同的致病策略，为针对性地防治农作物病害开辟新的途径。
(刘英楠)
