携带黄龙病菌的柑桔木虱内生细菌菌群多样性分析及功能验证

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柑桔黄龙病(HLB)是柑桔的一种毁灭性病害,目前尚无有效的防治方法,植株一旦染病,必须挖除病树。其病原菌(Candidatus Liberibacter asiaticus,Ca. L.asiaticus)属于韧皮部限制的α-变形菌门,目前尚未完成其体外培养。柑桔木虱(昆虫纲,同翅目,木虱科)主要危害九里香和柑桔等芸香科植物,其体内存在丰富的内生细菌,且是黄龙病病原菌在自然环境中的主要传播媒介。为了剖析柑桔木虱(Diaphorina citri)体内可能与黄龙病菌(Ca.Liberibacterasiaticus)互作的内生细菌,本文通过常规分离培养和基于16S rDNA的变性梯度凝胶电泳(16S rDNA-PCR-DGGE)方法,对不同木虱样本中的内生细菌进行了比较研究,并通过q-PCR对两种方法结果中的部分优势细菌进行定量分析。对黄龙病菌不带菌木虱进行了32次分离,带菌木虱进行了44次分离,结果发现Ca. L. asiaticus不带菌木虱与带菌木虱中可培养内生菌菌落丰富度和菌落形成单位均不同。在不带菌木虱中,共获得14株形态不同的菌株,经16S rDNA-PCR及生理生化鉴定,分属于芽孢杆菌属(Bacillus,3株)、欧文氏菌属(Erwinia,1株)、克雷伯氏杆菌属(Klebsiella,1株)、葡萄球菌属(Staphylococcus,2株)、节杆菌属(Arthrobacter,1株)、泛菌属(Pantoea,2株)、果胶杆菌属(Pectobacterium,1株)、沙门氏菌属等(Salmonella,1株)、链霉菌属(Streptomyces,1株)、Massiliabrevitalea(1株)等10个细菌属。在带菌木虱中分得的4株细菌在不带菌木虱中均分离到,分属于克雷伯氏菌属、芽孢杆菌属、果胶杆菌属,最终得到了欧文氏菌属等8种差异菌株,另外Dc-11(嗜气芽孢杆菌)在Ca. L. asiaticus带菌木虱和不带菌木虱中分离频率均达到100%,表明其为木虱体内常驻优势细菌。基于柑桔木虱内生细菌16S rDNAV6-V8区的变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析显示:Ca. L. asiaticus带菌木虱与不带菌木虱内生细菌存在差异;同一来源木虱的不同部位的内生细菌也存在差异。其中优势条带10(Wolbachia sp.)、12(Wolbachia pipientis)、13(Syncytium endosymbiont of Diaphorina citri)、14(Uncultured bacterium)、19(Serratia marcescens)、21和22(均为嗜麦芽寡养单胞菌Stenotrophomonas maltophilia)在木虱体内稳定存在,在带菌木虱腹部特有优势内生细菌为肠杆菌属。本研究的木虱中也存在内共生菌Wolbachia(条带1、10、12)且存在大量的不可培养细菌。实验结果表明,黄龙病菌对木虱内生菌的结构产生了影响,我们得到了柠檬酸杆菌属、果胶杆菌属等多种差异菌株。综合分析上述两种方法得到的差异菌株,选择Bacillus sp.、Salmonella sp.、Enterobacter sp.(其中,肠杆菌属Enterobacter sp.是在未获得纯培养菌株而在PCR-DGGE中检测到的菌株之一,沙门氏菌属Salmonella sp.是在不带菌木虱中分离到而在PCR-DGGE中未检测到的菌株之一,芽孢杆菌属Bacillus sp.是在分离培养和PCR-DGGE均检测到的菌株之一)在8个木虱样品中进行q-PCR分析(以样品中总细菌量作为校正),得出每种细菌的相对含量,对数据进行LSD检验,并以各种细菌相对含量的-Lg值作图,先比较同一样品中3种细菌分别与黄龙病菌的相对含量关系,再比较同种细菌在不同样品中的共性,分析每个样品中3种细菌和黄龙病菌的关系。柑桔木虱体内3种内生细菌与Ca.L.asiaticus的q-PCR检测结果与分析:(1)Ca.L.asiaticus柑桔木虱样品1-4号Ca.L.asiaticus相对量达到0.2%-3.56%,而5-8号数量级为10-6-10-7,1-4号为阳性,5-8号为阴性;(2)Enterobacter sp.1-4号样品其相对含量较5-8多3个数量级,即在本实验的8个样品中,Ca.L.asiaticus阳性样品中Enterobacter sp.相对量较Ca.L.asiaticus阴性样品中都多约103倍,故Enterobacter sp.与Ca.L.asiaticus呈正相关。且在Ca.L.asiaticus阴性样品中,Ca.L.asiaticus和Enterobacter sp.的相对量均很少,数量级为10-5-10-7,结合q-PCR的方法特点,可视为阴性;(3)Salmonella sp.相对含量不会随Ca.L.asiaticus含量变化而变化,在8个样品中相对含量均较低,数量级为10-4-10-7;(4)Bacillus sp.相对含量总体也较少,在各个样品中含量差异小。此检测结果解释了各种细菌的在前期分离培养和PCR-DGGE中的结果,进一步验证了前期分离培养和PCR-DGGE结果的可靠性。综合上述实验结果,本研究得到了以下结论:(1)黄龙病菌改变了木虱内生细菌的种类和结构。我们得到了欧文氏菌属、柠檬酸杆菌属等多种差异内生细菌。(2)有一种嗜气芽孢杆菌(Bacillus aerophilus)在柑桔木虱体内稳定存在,为木虱体内常驻菌群。(3)肠杆菌属与黄龙病菌存在互作。(4)木虱中存在大量的不可培养细菌。
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