备课素材：螺旋原体和植物原体-高二下学期生物人教版选择性必修3.docx

螺旋原体和植物原体 使用植物提取物来补充体外动物细胞培养的生长似乎是使用动物血清的一种更安全的替代方法，动物血清可能含有病毒、朊病毒或支原体，导致被污染的最终产品。然而，可过滤的植物致病性植物原体和螺旋体原体的存在引起了一些关注。其中许多问题可以通过了解分布、多样性、宿主植物、昆虫媒介、传播周期、合并感染问题和疾病症状来解决。快速的分子诊断筛选是可用的，使用温室或生长室产生的材料应减少受感染植物的发生率，并允许充分利用植物衍生提取物的好处。 那么，什么是植物原体和螺旋体？螺旋体属和植物原体属，在甲纲（也包括支原体属，一个关注动物的细胞培养）。两者都是无细胞壁的微生物，其体积小（直径1-2毫米），基因组大小为（530kb-2220kb）。这两个属都含有具有双重宿主循环的微生物，它们可以在叶蝉或木虱昆虫媒介以及植物寄主的筛管中进行复制。这两个属的主要区别是，大多数螺旋体可在营养丰富的培养基中培养，具有非常独特的螺旋形态，并可运动。而植物原体仍难以栽培尝试，并表现出多形或丝状形状。本文将介绍它们的发现的历史概况，简要回顾其分类特征、多样性、宿主相互作用（重点是植物宿主）、系统发育以及目前的检测和消除技术。螺旋体这个术语在1973年首次被用来描述与玉米特疾病相关的未培养的螺旋细菌。在法国和加利福尼亚，类似的微生物被确定为柑橘顽固性病的病原体，但最初被描述为支原体生物。该生物体是第一个被培养的植物源的螺旋体，螺旋体被提升为这一微生物群的属名，并在1983年被添加到批准的细菌名称名单。一些以前观察到的微生物后来被确定属于螺旋体属。其中包括果蝇性别比例疾病的病原体；微螺旋体，一种兔蜱分离物，最初因其可过滤性而被认为是一种病毒；螺旋体菌株277F，由于其螺旋形态，被认为是螺旋体。在他们被发现后的十年内，查克表明螺旋原体被广泛发现与节肢动物宿主相关。在探索这些生物的潜在宿主时，从植物表面分离出了几种螺旋体菌株。第一个花螺旋体被发现在1981年。随后几百种新的螺旋体已经被鉴定出来，许多已经被充分描述。分离物已经从一个广泛的节肢动物（包括甲壳类动物）和植物宿主从一个广泛的地理范围。其中一些螺旋体已被证明同时利用植物韧皮部和昆虫宿主栖息地，然而昆虫是螺旋体的主要宿主，植物表面在昆虫宿主之间的水平传播中很重要。自20世纪初以来，许多植物被描述为黄病，但最初认为是由病毒引起的，因为病原体是可过滤的，不能培养，而且症状与已知的由病毒引起的症状相似。1967年，日本科学家能够观察到患有黄色病的植物的韧皮部中的微生物，这些微生物的形态与已知的导致动物和人类疾病的支原体相似。由于其相似性，这些与植物相关的微生物被称为支原体类似的生物体（MLOs）。MLO这个术语一直使用到1994年，后来被一个频繁的名字“植物原体”所取代。尽管它们仍然不可培养，但植物原体已被确定为1000多种植物中多种疾病的病原体。植物原体感染，在某些情况下，可以导致理想的观赏植物如一品红，但在大多数情况下每年造成全球数百万美元的经济损失的重要作物（如水稻、玉米、马铃薯、大豆）、果树、桃、梨、樱桃、苹果、柑橘、椰子)、观赏植物（如水仙花）和其他树木和灌木（如榆树、桑树）。分类学上，螺旋体属是一组活动的、螺旋的、无壁的原核生物，基因组大小从780到2220 kbp，主要与昆虫有关，很少与蜱、植物和甲壳类动物有关。螺旋形通常直径为100-200纳米，长度为3-5毫米。固体培养基上的菌落为0.1-4.0mm，由于其运动性经常在边界扩散。昆虫和植物致病性螺旋体细胞表面的菌毛和菌毛被认为参与了宿主细胞的附着，而不是运动。螺旋体是兼性厌氧的，倍增时间为0.7-36.7h，生长温度在5-41C之间，这取决于物种。它们具有化学有机营养性和发酵葡萄糖；具有不同的水解精氨酸的能力；并且不能水解尿素。最初，螺旋体中的物种概念是基于DNA/DNA再结合。然而，DNA/DNA的重结合被证明很难使标准化，这导致了使用血清学来定义物种。在这个分类方案中，“类群”是假定的物种，定义为与其他类群的DNA/DNA同源性可以忽略不计，但在类群内具有中等到高水平的同源性。最近提出了另外四个组和更多的预期。亚群被定义为具有DNA/DNA同源性中等水平的螺旋体菌株群。I组、VIII组和XVI组的亚组分别有9、3和3个亚组。一个新物种的完整特征涉及大量的表型、基因型、血清学和生化测试。所有植物原体和植物感染的螺旋体菌株之间的一个共同点是它们具有双重宿主传播周期。它们是由以受感染的植物为食的昆虫媒介（叶蝉或木虱）获得的。要传播给植物，蜕皮需要在昆虫的中肠中繁殖，穿过中肠内衬，在血淋巴中繁殖，然后感染唾液腺，与唾液混合，并在昆虫以韧皮部时注射到韧皮部为食。这样的一个周期需要15-20天。螺旋体在宿主微生境的基础上表现出广泛的多样性，一些螺旋体表现出严格的宿主或地理范围，而另一些则是多面手。它们能够入侵节肢动物的肠道腔，一些物种能够穿过中肠细胞内膜入侵节肢动物的血淋巴，随后侵入其他器官和组织。螺旋体通过排便或植物表面上的液体反流在昆虫宿主之间传播，或通过被吸吸植物的昆虫引入韧皮部。螺旋体也被发现与蜱、植物和高等无脊椎动物有关。虽然，大多数螺旋体似乎是共生体，但也有记录的与螺旋体感染相关的互惠共生或致病性病例。螺旋体和昆虫宿主螺旋体最常与昆虫有关，包括鞘翅目、双翅目、半翅目、同翅目、膜翅目、鳞翅目和齿目。我们调查了各种昆虫目，获得了6目14科昆虫的螺旋体分离株。螺旋体是六种主要目昆虫。寄主包括：1)膜翅目昆虫（来自蜜蜂、蜜蜂和小黄蜂）；2)鞘翅目昆虫(来自各种甲虫，包括绿色的六月甲虫、兵甲虫、黄瓜甲虫、科罗拉多马铃薯甲虫、红甲虫、萤火虫甲虫)；3)双翅目（来自食蚜蝇、蚊子、塔蝠和果蝇）；4)鳞翅目（来自幼虫和成虫的蝴蝶和飞蛾）；5)同翅目（来自叶蝉）；6)半翅目（来自绿叶虫）。大多数螺旋体-宿主的相互作用似乎是共生的，对宿主没有任何明显的不利影响。螺旋体在昆虫宿主中的致病性通常与其入侵血淋巴和中肠以外潜在的其他宿主组织的能力有关。免疫荧光共聚焦激光扫描显微镜显示，在叶蝉宿主的中肠、过滤室、马氏小管、后肠、脂肪组织、血细胞、肌肉、气管和唾液腺中存在孔氏链球菌。也有一些证据表明存在相互作用。例如，在没有植物宿主的情况下，提高了叶蝉在有效的情况下在寒冷冬季生存的能力。普尔森和坂口的研究表明，果蝇的性别比例性状是由普氏螺旋体诱导的。这些性别比例的生物体通过跨变量传播，并优先杀死雄性后代。在各种昆虫宿主中，包括甲虫和蝴蝶，已经被发现也会导致性别比例扭曲。从蜱虫中已分离出三种螺旋体。其中两个，mirum和sp。第三种是从太平洋硬蜱中分离得到的。没有证据表明这些螺旋体会传播给蜱的脊椎动物宿主。科赫提出的三种植物致病螺旋体：柑橘的柑橘螺旋体；玉米的昆梭菌和紫菀的磷螺旋体。这些螺旋体都维持在植物韧皮部和昆虫宿主的栖息地。这些病理效应与它们通常的昆虫宿主体内的增殖无关，受感染的宿主可以在其整个生命中作为传播载体。受感染的植物可表现出一系列症状，包括发育迟缓、叶片变黄、不育、果实大小缩小和变形、花畸形和节间时间较短。许多这些症状与在感染植物原体的植物中观察到的症状相似。柑橘有广泛的宿主范围导致其具有顽固疾病，脆根辣根，疾病长春花，和胡萝卜紫叶病。柑橘是近年来阐明植物宿主螺旋体致病性分子机制的重点。两个柑橘葡萄球菌的基因已经被鉴定出，它们似乎参与了昆虫的传播能力，即Sc76（公认的ABC转运体）基因和螺旋蛋白基因。Sc76的失活导致唾液腺中螺旋体的数量减少30倍，随后由昆虫在喂食期间传递。螺旋蛋白是柑橘葡萄球菌主要的表面抗原和最丰富的膜蛋白。虽然对致病性不是必需的，但一个螺旋蛋白缺陷的突变体显示，从昆虫到寄主植物的传播减少了100倍。植物致病性螺旋体在植物筛管中的葡萄糖和果糖上生长，然后在叶蝉血淋巴中转向海藻糖。因此，需要不同能源之间的快速适应。探讨了葡萄糖和果糖利用对柑橘柑橘植物致病性的影响。果糖操纵子的失活被发现可以降低致病性。柑橘的转座子介导突变体GMT553，在叶蝉引入时，能够在与野生型相当的长春花植株中繁殖，但受感染的植株没有产生任何症状。螺旋体使用果糖会损害筛管中的蔗糖负荷，导致碳水化合物在源叶中的积累和汇组织中的消耗。然而，通过使用葡萄糖磷酸转移酶渗透酶突变体（GII3-glc1）检测，无法使用葡萄糖，导致感染植物出现严重症状，与野生型菌株的症状相当。葡萄糖积累诱导拟南芥光合作用基因的发育迟缓和抑制，这是被野生型柑橘感染的长春花植物的症状。柑橘葡萄球菌通过叶蝉载体的传播必须涉及到对昆虫宿主细胞的粘附和入侵。柑橘S.表面蛋白P89被证明介导螺旋体与载体细胞细胞的粘附，并被命名为SARP1（螺旋体粘附相关蛋白1）。对叶蝉中肠的电子显微镜研究表明，孔氏叶蝉通过相似的尖端结构附着在细胞膜上。该基因与SARP1 的同源物，命名为柑橘链球菌黏附相关蛋白（ScARP），在非传播菌株的DNA中未检测到。学科网（北京）股份有限公司