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PLoS ONE:解开毁灭性猕猴桃细菌来源之迷

来源:EurekAlert! 2012-05-10 10:07

近日,由弗吉尼亚理工大学副教授Boris Vinatzer 和意大利托斯卡纳大学的 Giorgio Balestra共同领导的一支国际科研团队利用最新的DNA排序技术追踪到了一种致命的病原体可能的源头。

自2008年来,丁香假单胞杆菌猕猴桃致病变种(Psa)就一直在威胁全球的猕猴桃产业,摧毁着欧洲、南美洲以及新西兰的果园。由丁香假单胞杆菌猕猴桃致病变种(Psa)引起的“猕猴桃溃疡病”在意大利首次被报道发现,随后的四年里,它已经导致了上千万美金的经济损失。20世纪80年代在中国和日本曾经爆发过类似的疾病,但是之前没有人知道它是否是和现在正在其它地区的猕猴桃世界肆虐的溃疡病拥有同一种病原体——直到现在。

Vinatzer和 Giorgio于5月9日出版的期刊《公共科学图书馆—综合》(PLoS ONE)上发表了一篇文章,这是在科学类期刊上第一次出版关于将该细菌可能的来源追溯至中国的科学研究。

Vinatzer是弗吉尼亚理工大学农业及生命科学院植物病理学、生理学及杂草科学系的副教授;Balestra则是意大利托斯卡纳大学农业、林业、自然和能源系的资深研究员。

“这就是个侦探推理的工作。”Vinatzer说,“通过给DNA排序,我们得以将所有的细菌同中国的一个病株联系起来,并确定这一切很可能是从哪里开始的。”

当新西兰于2010年报道发现该病菌时,美国立刻禁止了所有猕猴桃树料和花粉的进口以保护美国的作物免受感染。北美洲至今还没有发现这一细菌。然而,如果该疾病会在美国爆发,Vinatzer的研究将可以通过早期精确的诊断帮助减缓其传播——甚至根除这一病原体。

Vinatzer和 Balestra是该论文的首席作者。意大利托斯卡纳大学农业、林业、自然和能源系(DAFNE)的Angelo Mazzaglia和英国艾克赛特大学的David Studholme为共同第一作者。加拿大多伦多大学的 David Guttman教授和巴西南里奥格兰德联邦大学的 Nalvo Almeida也为团队贡献了他们的专业知识。弗吉尼亚理工大学本科生 Tokia Goodman和研究生 Rongman Cai也扮演了重要的角色,他们在Vinatzer的实验室里参与了实验和计算机分析工作。

Vinatzer和他的团队为来自中国、意大利及葡萄牙的猕猴桃树的丁香假单胞杆菌猕猴桃致病变种(Psa)细菌的整个DNA链进行了排序。他们还分析了一些来自新西兰的细菌,该国的猕猴桃产业价值近10亿美金。丁香假单胞杆菌猕猴桃致病变种(Psa)会导致一种红色或白色的细菌黏液从猕猴桃树的树干或树枝上渗出。最坏的情况下,整棵树会枯萎并死亡。

为了寻找这一疾病的根源,研究人员通过比较不同细菌的DNA,研究了细菌可能从同一个祖先进化而来的方式。他们发现,来自中国、欧洲和新西兰的细菌几乎是一样的;但是DNA上一处小小的不同将新西兰的疫情同中国的细菌联系起来。 Vinatzer、 Balestra及他们的同事们认为,最可能的情况是,该细菌从中国分别进口到了意大利和新西兰。

“制止像丁香假单胞杆菌猕猴桃致病变种(Psa)这样剧烈的细菌进一步扩散的第一步就是了解它们从哪里来、是如何传播的。” Balestra说,“既然我们已经将DNA做了排序并找到了它可能的源头,我们可以开始寻找方法,以制止它及类似的细菌在未来制造类似大规模的破坏。”

这项研究不仅具有直接且实际的应用性,还可以引导对细菌植物病原体适应于农作物这一课题的新发现。这是 Vinatzer目前所做研究的一个不可或缺的组成部分,该研究由美国国家科学基金会资助; Balestra的小组进行的发现细菌病原体的研究则得到了意大利农业和林业政策部的资助。(生物谷Bioon.com)

Pseudomonas syringae pv. actinidiae (PSA) Isolates from Recent Bacterial Canker of Kiwifruit Outbreaks Belong to the Same Genetic Lineage

Angelo Mazzaglia1#, David J. Studholme2#, Maria C. Taratufolo1, Rongman Cai3, Nalvo F. Almeida4, Tokia Goodman3, David S. Guttman5, Boris A. Vinatzer3*, Giorgio M. Balestra1*

Intercontinental spread of emerging plant diseases is one of the most serious threats to world agriculture. One emerging disease is bacterial canker of kiwi fruit (Actinidia deliciosa and A. chinensis) caused by Pseudomonas syringae pv. actinidiae (PSA). The disease first occurred in China and Japan in the 1980s and in Korea and Italy in the 1990s. A more severe form of the disease broke out in Italy in 2008 and in additional countries in 2010 and 2011 threatening the viability of the global kiwi fruit industry. To start investigating the source and routes of international transmission of PSA, genomes of strains from China (the country of origin of the genus Actinidia), Japan, Korea, Italy and Portugal have been sequenced. Strains from China, Italy, and Portugal have been found to belong to the same clonal lineage with only 6 single nucleotide polymorphisms (SNPs) in 3,453,192 bp and one genomic island distinguishing the Chinese strains from the European strains. Not more than two SNPs distinguish each of the Italian and Portuguese strains from each other. The Japanese and Korean strains belong to a separate genetic lineage as previously reported. Analysis of additional European isolates and of New Zealand isolates exploiting genome-derived markers showed that these strains belong to the same lineage as the Italian and Chinese strains. Interestingly, the analyzed New Zealand strains are identical to European strains at the tested SNP loci but test positive for the genomic island present in the sequenced Chinese strains and negative for the genomic island present in the European strains. Results are interpreted in regard to the possible direction of movement of the pathogen between countries and suggest a possible Chinese origin of the European and New Zealand outbreaks.

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