研究人員已經(jīng)找到了一場曾經(jīng)失敗過的細(xì)菌如何在一場可能使德克薩斯州和美國大部分作物受到傷害的戰(zhàn)斗中重新出現(xiàn)以感染棉花。它歸結(jié)為：一種帶有甜食的聰明細(xì)菌。

“這是細(xì)菌與棉花之間的食物斗爭，”德克薩斯A&M AgriLife研究院大學(xué)站病理學(xué)家Libo Shan博士說。“細(xì)菌欺騙宿主為自己生產(chǎn)食物。但是一旦細(xì)菌進(jìn)入植物，就會節(jié)省自己的資源，并將植物的糖轉(zhuǎn)運(yùn)到自身。宿主植物被剝奪了能量所需的糖，不能擺脫細(xì)菌和疾病的進(jìn)展。這種細(xì)菌非常聰明。“

這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在5月24日出版的“自然通訊”雜志上。

該病是由黃單胞菌黃單胞菌(Xanthomonas citri subspecies malvacearum)引起的細(xì)菌性枯萎病，也稱為Xcm。幾十年前，它每年消滅數(shù)千英畝的棉花，首先出現(xiàn)在葉子，莖，甚至棉鈴上的褐色斑點(diǎn)，然后蔓延到植物 - 實(shí)際上是整個(gè)植物領(lǐng)域 - 落葉并停止生長。Shan說，這對大米和木薯同樣具有破壞性。

科學(xué)家很久以前就認(rèn)定Xcm是罪魁禍?zhǔn)祝恢兰?xì)菌是如何或?yàn)楹卧谄鋺?zhàn)爭路徑上行進(jìn)的。同時(shí)，植物育種者測試了較不易受影響的棉花類型，并開發(fā)出對該病具有更強(qiáng)抗性的品種。這種作用從20世紀(jì)末到大約6年前，當(dāng)時(shí)在德克薩斯州和其他州的棉花作物上再次出現(xiàn)Xcm細(xì)菌性枯萎病，甚至浪費(fèi)了以前可能阻止它的品種。

拉伯克的AgriLife研究科學(xué)家開始在田地和植物中尋找?guī)椭r(nóng)民應(yīng)對的答案，而大學(xué)站的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)則深入研究細(xì)胞水平的細(xì)菌和棉花相互作用，并發(fā)現(xiàn)了它的秘密行動。

“這種細(xì)菌通過使用秘密武器，一種針狀結(jié)構(gòu)，將棉花細(xì)胞注入棉花細(xì)胞，從而導(dǎo)致棉花疾病，”Shan說。“這些效應(yīng)子之一模仿宿主轉(zhuǎn)錄因子，直接靶向并激活植物糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的宿主基因轉(zhuǎn)錄。然后植物開始將細(xì)胞內(nèi)的能量泵送到細(xì)胞的質(zhì)外體或途徑，從而喂養(yǎng)細(xì)菌“。

這一發(fā)現(xiàn)部分來自密蘇里州圣路易斯市的德??克薩斯A&M博士生Kevin Cox，他與Shan一起工??作了近四年，并且是該報(bào)的第一作者。

“我的部分基本上是確定哪種基因被細(xì)菌特定效應(yīng)物激活以引起疾病，”他說。“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)那個(gè)效應(yīng)器的目標(biāo)是什么時(shí)，那就是我們興奮的時(shí)候。這非常酷。”

Shan說，由于幾個(gè)原因，研究人員興奮不已。

“首先，它將提供對細(xì)菌如何在棉花中引起疾病??的機(jī)制理解，其次它提供了控制這種棉花疾病和抵抗細(xì)菌的潛在策略，”她說。“第三，它可能提供了潛在的工具，可以在現(xiàn)場出現(xiàn)癥狀之前對這種疾病的存在進(jìn)行早期診斷。”

Shan說，這很重要，因?yàn)橐坏┺r(nóng)民在田間看到疾病，就太晚了。

“這很難控制。高達(dá)40%的棉花產(chǎn)量會受到影響，”她補(bǔ)充道。“因此，雖然這是細(xì)菌如何引起疾病的基本發(fā)現(xiàn)，但它為野外應(yīng)用提供了很多潛力。”

Shan說，Xcm細(xì)菌的早期菌株和當(dāng)前菌株的分離株及其基因組的測序表明，多態(tài)性在遺傳上略有不同，但在對棉花的攻擊中表現(xiàn)相同。

“我們比較了近年來試圖確定疾病猖獗重新出現(xiàn)的原因的遺傳差異，”她說。“新細(xì)菌效應(yīng)物的快速進(jìn)化可能導(dǎo)致這種疾病的復(fù)發(fā)。”

該團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索棉花中的細(xì)菌性枯萎病，并研究這些發(fā)現(xiàn)對水稻和木薯的影響。

“我們希望通過與工程師合作開發(fā)一種非常靈敏的探針來實(shí)施棉花診斷工具，也許就像醫(yī)生用于診斷人類糖尿病一樣，”Shan說。“有一種探針可以檢測田間的棉花含量，特別是在幼苗期。”

她說，該團(tuán)隊(duì)還可能會探索“基因編輯技術(shù)”，以取出允許細(xì)菌攝取植物食物的基因部分，這將使棉花更具抵抗力。