植保所揭示香蕉细菌性软腐病菌遗传分化、毒力变化的基因组学基础
近日，广东省农业科学院植物保护研究所（以下简称“植保所”）特色作物病虫害防控研究团队在作物细菌性软腐病菌致病机理研究上取得重要进展。研究论文“Genomic Comparisons and Phenotypic Diversity of Dickeya zeae Strains Causing Bacterial Soft Rot of Banana in China”于2022年2月9日，在国际知名植物学期刊Frontiers in Plant Science (IF 5.753)上公开发表。该研究首次报道了香蕉细菌性软腐病菌与寄主互作产生遗传分化、毒力变化的基因组学基础。植保所张景欣博士为论文第一作者，植保所杨祁云研究员和夏威夷大学Mohammad Arif博士为共同通讯作者。
由欧文氏菌演化的迪基氏菌属（Dickeya spp.）和果胶杆菌属（Pectobacterium spp.）细菌是世界上十大植物病原细菌之一，具有广泛的寄主范围（包括多种双子叶、单子叶植物）；本研究团队2009年首次报道了迪基氏菌引起的香蕉细菌性软腐病，并历经十多年持续研究发现该类病害严重危害香蕉、蝴蝶兰、水稻、马铃薯、香芋、芭蕉芋等重要作物的生产且防治难度大。香蕉细菌性软腐病扩散速度快、危害性大，在广东、广西、云南、福建、海南等重要香蕉产区危害逐渐加重。国内外有关香蕉细菌性软腐病菌的致病力分化、与寄主互作机制的研究均很少；研究病原细菌-寄主间的互作机制对于病害防治技术的研究具有重要意义，并可用于有效阻止病害扩散传播。
本研究分析了不同时期分离的香蕉细菌性软腐病菌代表菌株的基因组差异和与寄主互作相关的表型变化，发现它们在碳氮源底物利用、一般基因组特征和重要致病因子（分泌系统、胞外降解酶、胞外多糖等）上较为相似或保守。基因组多样性的产生主要与基因组的整合酶、转座酶、噬菌体序列、CRISPR序列等可转移元件相关，并形成基因岛。在基因岛上，细菌在鞭毛素糖基化基因簇和数个次级代谢物基因簇表现明显的遗传分化，并在细菌色素、细菌竞争性和致病力等与寄主互作相关的表型上表现相应变化。值得一提的是，新分离的病原菌相较之前鉴定的病原菌在更多的香蕉品种上表现明显增强的毒力，进一步挖掘了可能相关的致病因子。基于全基因组的比较分析和特定基因组特征的进化分析，阐明了不同时期分离的香蕉细菌性软腐病菌的遗传进化途径，并提出该病原菌在广东省内侵染香蕉并产生遗传分化早于芭蕉芋、君子兰和水稻等作物的假设。
本研究为我国香蕉生产上存在细菌性软腐病菌毒力变化种群扩散危害的风险预警提供依据，也提示受致病表型变化影响需调整常规的防控策略。研究得到了广东省自然科学基金研究团队项目（2015A030312002）、广东省农业共性关键技术创新研发团队（2021KJ112)）和广东省农科院创新战略专项（R2017PY-QY004, R2018QD-056）等项目的资助。