深绿木霉SS003控制五针松疱锈病的分子机制及生防作用

Five-needle pine blister rust, caused by Cronartium ribicola，is the major disease of forest trees in the world. The disease is a quarantine object all over the world and it is very difficult to control. It occurred in most places in China and caused great influence on the local forestry production and ecological environment. Recent research showed that Trichoderma atroviride SS003 we isolated can destroy the aeciospores seriously and there existed dual roles of cell wall lytic enzymes and toxins. Two kinds of resistance factors which could damage the aeciospores will be researched based on the previous work. The composition, activity and function characteristics of cell wall lytic enzymes induced by aeciospores will be clarified. Also the molecular structure and the mechanism of toxin and the synergy of the two resistance factors will be researched. The destructive mechanism of SS003 on five-needle pine blister rust will be discussed based on above results and it will lay foundation for control of Five-needle pine blister rust with modern biotechnology.

五针松疱锈病是一种由茶藨生柱锈菌（Cronartium ribicola J.C.Fischer）引起的世界性危险林木病害, 为国内外检疫对象。该病防治非常困难，目前在我国大部分地区均有发生，给当地林业生产和生态环境造成巨大影响。研究发现深绿木霉（T. atroviride P. Karsten）SS003对茶藨生柱锈的锈孢子具有强烈的破坏作用，这种破坏涉及胞壁降解酶和毒素的双重作用。本课题在前期工作基础上，对SS003破坏茶藨生柱锈的两类抗性因子进行研究。研究SS003在锈孢子诱导下胞壁降解酶系的组成、活性、作用特点，降解酶基因及时空表达顺序等；研究SS003分泌毒素的特点、毒素的分子结构及毒素的作用机制，研究两类抗性因子的协同作用等以探讨SS003破坏五针松疱锈菌的分子机制，为利用现代生物技术防治五针松疱锈病奠定基础。

植物锈病是由专性寄生的锈菌引起的一大类植物病害，该类病害分布广、危害重，每年都会给全球农林业造成重大经济损失。五针松疱锈病是由茶藨生柱锈引起的一种毁灭性松干病害，为林木三大病害之一，被世界各国列为检疫对象。对该病的防治目前仍以化学防治为主，但防效差且环境污染大。本项目对1株五针松疱锈病的生防菌—深绿木霉SS003菌株的生防因子及其控病机制进行研究，并探索它们对其它锈病菌的作用及影响，为其用于植物锈病无公害防治奠定基础。研究结果如下：（1）目标菌株抗锈病蛋白因子主要为几丁质酶和β—1.3-葡聚糖酶，锈菌孢子和孢子壁是两种酶最好的诱导物。（2）目标菌株产几丁质酶和β--葡聚糖酶的最佳素条件为：查氏培养基、28℃、83h和74h、锈孢子壁浓度5g/L、接种量5个菌块/瓶。（3）在不同诱导时间（24h、72h、120h）下，分别有12个几丁质酶基因和15个β-葡聚糖酶基因出现差异表达并且两种酶基因的表达趋势基本相同，但β-葡聚糖酶上调基因的数量及表达量普遍高于几丁质酶基因。（4）差异表达的两种酶基因编码的蛋白都属于糖苷水解酶家族。预测为分泌蛋白的6个几丁质酶和8个β-葡聚糖酶分别属于第十八家族（GH18）和第三家族（GH3）。（5）持续上调表达的分泌几丁质酶基因（CHI5、CHI10）和β-葡聚糖酶基因(BG1、BG11)的表达产物，其分子量与预测分子量相当。4个表达酶均为内切酶，2个β-葡聚糖酶为β-1.3-葡聚糖酶。2个几丁质酶和2个β-葡聚糖酶分别在65℃和75℃以上及大于pH8和pH7、小于pH4和pH3.6时，酶活力迅速下降。（6）4个表达酶单独作用锈孢子时对孢子壁的破坏作用都较弱，共同作用时作用增强，但仍不及菌株和菌株发酵液（粗酶）的破坏作用。（7）SS003 和SWFC8662菌株都可以产生毒素抗锈菌因子，引起锈菌孢子变形、内含物浓缩或外溢。其产毒最佳培养基均为Richard培养基。从SWFC8662菌株中分离获得一个毒素物质，该物质在0.5%浓度时，处理锈孢子的死亡率达到近100%。（8）SS003和 SWFC8662菌株及其抗性因子对其它锈菌孢子同样具有很强的破坏作用，其抗性机理也相似。