Дикейя дадантии: грамотрицательный возбудитель гнили растений

Введение

Грам-отрицательный бацилл Dickeya dadantii – это грам-отрицательный бацилл, относящийся к семейству Pectobacteriaceae. Ранее он был известен как Erwinia chrysanthemi, но в 2005 году был классифицирован как Dickeya dadantii. Представители этого семейства являются факультативными анаэробами, способными ферментировать сахара до молочной кислоты, обладают нитратредуктазой, но не имеют оксидаз. Несмотря на то, что многие клинические патогены принадлежат к порядку Enterobacterales, большинство представителей этого семейства являются патогенами растений. D. dadantii – подвижная, не образующая спор, прямая бактериальная клетка с закругленными концами, во многом схожая с другими представителями рода Dickeya. Размеры клеток варьируются от 0,8 до 3,2 мкм в длину и от 0,5 до 0,8 мкм в ширину и окружены многочисленными жгутиками (перитрихальными). D. dadantii содержит множество пектиназ, способных размягчать и разрушать материал клеточной стенки растений. Эта поврежденная часть растения высвобождает питательные вещества, которые способствуют росту бактерий. К обычно поражаемым растениям относятся клубни картофеля, луковицы овощей и декоративные культуры.

Симптомы

D. dadantii – фитопатогенная бактерия, вызывающая болезни мягкой гнили у многих растений-хозяев, включая некоторые экономически важные виды. Заболевшие растения проявляют разнообразные симптомы, такие как: увядание, угнетение роста и сосудистое обесцвечивание стеблей. Ранние симптомы включают в себя водянистые пятна в месте заражения, постепенное расширение хлоротических областей на листьях и потерю тургора в тканях. Интенсивность колонизации D. dadantii связана с масштабом заболевания и степенью повреждения. Патоген успешно проникает в ткани хозяина благодаря множеству пектиназ, ответственных за разрушение полисахаридов клеточной стенки растений. После разрушения клеточной стенки клеточная структура коллапсирует, что приводит к характерному "водянистому" или гнилому виду тканей. D. dadantii обычно распространяется от зараженных насекомых, овощей или растительных остатков. Однако бактерии также способны выживать в почве и на других растениях без проявления инфекции. Способность D. dadantii существовать в почве как патоген регулируется генами вирулентности в ответ на факторы окружающей среды, определяющие, является ли бактерия сапрофитной или патогенной. В случае высокой вирулентности, D. dadantii проникает преимущественно через гидатоды и раны, при участии ясмонатов, где быстро разрушает паренхимные ткани с помощью пектических ферментов. D. dadantii производит большое количество пектиназ, ответственных за деградацию клеточной стенки растений. После разрушения клеточной стенки и получения доступа к содержимому клетки, D. dadantii катаболизирует глюкозу посредством ферментативного пути. После проникновения в растение, колонизация – сложный процесс, требующий множества дополнительных факторов для успешной инфекции. К этим факторам относятся: целлюлазы, усвоение железа, система секреции типа III Hrp, экзополисахариды, подвижность и белки, участвующие в устойчивости к механизмам защиты растений. Примером механизма защиты растений является образование защитного барьера, такого как пробковый слой. Однако, когда инфекция распространяется личинками, пробковый слой съедается так же быстро, как и образуется растением. Следовательно, пробковый слой является неэффективным защитным механизмом. Бактерии продолжают распространяться и размножаться по всему растению, перемещаясь в межклетных пространствах, внутри разрушенных клеток и по сосудам ксилемы. По мере роста популяции бактерий, заражение распространяется на новые растения посредством: разбрызгивания воды с зараженных растений, насекомых, а также из-за агротехнических приемов, включая использование загрязненных инструментов, перчаток и техники, и неправильное хранение выращенной продукции или семян. D. dadantii может представлять проблему круглый год при наличии благоприятных условий окружающей среды. Она способна заражать растения в теплицах, в помещениях и в тропических регионах, где поддерживаются высокие температура и влажность. В более высоких широтах инфекции наблюдаются преимущественно в жаркие и влажные летние месяцы.

D. dadantii is phytopathogenic bacterium causing soft rot diseases on many host plants including some which are economically important. Diseased plants will display a variety of symptoms including: wilting, stunting and vascular discoloration of the stems. Early symptoms include water soaked lesions at the site of infection, gradually expanding chlorotic leaves and loss of turgor in tissues. The intensity of D. dadantii colonization relates to the amount of disease and degree of damage. The pathogen is very successful at infiltrating host tissues due to the many pectinases responsible for disassembly of plant cell wall polysaccharides. Once the cell wall is degraded cellular structure collapses and this cell maceration gives a characteristic "water soaked" or rotted appearance. D. dadantii typically originates from infected insects, vegetables or host plant residues. However, the bacteria are also able to survive in soils and other plants without infection. The ability of D. dadantii to live in the soil as a plant pathogen is regulated by virulence genes in response to environmental factors that control whether the bacterium is saprophytic or pathogenic. When D. dadantii is virulent it enters primarily through hydathodes and wounds, with the assistance of jasmonates, where the bacteria rapidly breakdown the parenchymatous tissues with the use of pectic enzymes. D. dadantii produces many pectinases that are responsible for disassembly of the plant cell wall. After the cell wall is degraded, and the contents of the cell are accessed, D. dadantii catabolizes glucose by a fermentation pathway. After the plant has been accessed, colonization is a complicated process that requires many additional factors for successful infection. These factors include: “cellulases, iron assimilation, a Hrp type III secretion system, exopolysaccharides, motility, and proteins involved in resistance against plant defense mechanisms”. An example of a plant defense mechanism is to produce a defensive barrier, such as a cork layer. However, when the infection is spread by larvae, the cork layer is eaten as quickly as it is made by the plant. Consequently, the protective cork layer is an ineffective protection mechanism. The bacteria continue to spread and multiply throughout the plant, moving in the intercellular spaces, within collapsed cells and the xylem. As the bacteria grow in numbers, additional hosts are infected through the spread of bacteria by: splashing water from infected plants, insects, and cultural practices including the use of contaminated tools, gloves and machinery and improper storage of cultivated crops or seeds. D. dadantii can be a problem year round, given the right environmental conditions exist. It is able to infect plants in greenhouses, indoor interiorscapes and tropical areas where temperatures and humidity remains high. At higher latitudes, infections are mainly during the hot and humid summer months.

Окружающая среда

D. dadantii – это патоген, распространяющийся через воду при разбрызгивании воды из зараженных растений или повторно используемой ирригационной воды, насекомыми и агротехническими приемами, такими как использование загрязненных инструментов и оборудования или неправильное хранение овощей или семян с зараженным материалом. Насекомые являются важным вектором для распространения патогена. Насекомые способны переносить бактерии как внешне, так и внутренне и обычно не страдают от них. Однако продолжаются исследования D. dadantii как патогена для тли. Тля способна заразиться патогеном от инфицированного растения и уничтожается механизмом действия, аналогичным Bacillus thuringiensis. Наиболее важным фактором развития болезни являются факторы окружающей среды, включающие высокую влажность и температуру от 71° до 93°F (22° до 34°C). В теплицах D. dadantii может выживать в почвенных субстратах с растением-хозяином или без него в течение года или более, а в листьях растений-хозяев или не-хозяев – в течение 5-6 месяцев. Наличие мягкой гнили может указывать на бактериальное заболевание. Однако многие другие организмы и расстройства растений могут проявляться в виде различных мягких гнилей или черных поражений. Правильная идентификация важна для лечения и мер контроля. Поэтому для культивирования видов Dickeya и выделения или идентификации D. dadantii используется дифференциальная среда. Исследователи из Католического университета Фу Джен на Тайване разработали среду, которая позволяет отличить D. dadantii от других видов. Эта среда NGM содержит питательный агар (NA) и глицериновую среду, дополненную MnCl2:4H2O. Для приготовления этой среды смешивают 23 г питательного агара, 10 мл глицерина (1% v/v) и 0,4 г MnCl2:4H2O (2 мМ) в 1,0 литр воды. Обратите внимание, что pH этой среды составляет 6,5, и она имеет светло-коричневый цвет основания. В настоящее время не существует эффективных химических средств борьбы с D. dadantii. Наиболее важные меры включают снижение заболеваемости за счет надлежащей санитарии материалов, исключения зараженных материалов и избегания условий, способствующих развитию болезни. Наиболее важным для управления болезнью является исключение, поскольку D. dadantii может бессимптомно распространяться через вегетативно размножаемые ткани. Поэтому важно использовать сертифицированный посадочный материал, свободный от болезней. Ведутся перспективные исследования биологического контроля для видов орхидей. D. dadantii изучался на коммерчески ценных орхидеях Phalaenopsis. Болезни мягкой гнили, вызываемые Dickeya spp., являются одними из самых разрушительных заболеваний в производстве орхидей. Производители орхидей используют меры контроля окружающей среды для обеспечения оптимальных условий роста растений, минимизируя при этом культивирование патогенов. Правильный контроль влажности и циркуляции воздуха в сочетании с чистой, высококачественной водой в помещении с регулируемой температурой и освещением являются наиболее часто используемыми методами профилактики заболеваний. Другие биологические методы контроля D. dadantii включают симбиотические грибы, известные как микориза, и, возможно, трансгенные белки. Показано, что перенос генов сладкого перца, кодирующих белок, подобный ферредоксину, и дефензин, снижает заболеваемость D. dadantii у культивируемых орхидей Phalaenopsis.

D. dadantii is a pathogen that is spread through water with the splashing of water from infected plants or recycled irrigation water, insects and cultural practices, such as using contaminated tools and machinery or improper storage of vegetables or seeds with infected substances. Insects are an important vector for movement of the pathogen. Insects are able to carry the bacteria externally and internally and are normally unharmed by the bacteria. However, there is continued research in the area of D. dadantii as an insect pathogen to aphids. The pea aphid is able to contract the pathogen from an infected plant and is destroyed in a mode of action similar to Bacillus thuringiensis The most important factor to disease development is environmental factors consisting of high humidity and temperatures of 71° to 93 °F (22° to 34 °C). In greenhouses, D. dadantii can survive in potting media with or without a host plant for a year or more and in the leaves of host or nonhost plants for 5 to 6 months. The presence of a soft rot may be an indication of a bacterial disease. However, many other organisms and plant disorders may appear as various soft rot or black lesions. Proper identification is important for treatment and control measures. Thus a differential media is used to culture Dickeya species and isolate or identify D. dadantii. Researchers at Fu Jen Catholic University in Taiwan developed a medium that differentiates D. dadantii from other species. This NGM medium contains nutrient agar (NA) and glycerol medium supplemented with MnCl2 :4H2O. To make this media, mix 23 g of nutrient agar, 10 ml glycerol (1% v/v), and 0.4 g MnCl2:4H2O (2 mM) to 1.0 liter of water. Note the pH of this media is 6.5 and it has a light brown base color. Currently there are no effective chemical controls for D. dadantii. The most important practices involve lowering the prevalence of disease by proper sanitation of materials, exclusion of infected materials, and avoiding environments conducive to disease. Most important to disease management is exclusion because D. dadantii can move through vegetatively propagated tissues asymptomatically. Therefore, it is important to have certified disease free stock. Some promising biological control research is being done for orchid species. D. dadantii has been studied in commercially valuable Phalaenopsis orchids. Soft rot diseases caused by Dickeya spp is one of the most devastating diseases in orchid production. Orchid growers have used environmental controls to provide the optimum growth conditions for the plants while minimizing the cultivation of the pathogens. Proper control of humidity and air movement combined with clean, high quality water, in a temperature and light regulated facility are the most commonly employed methods for disease prevention. Other biological controls of D. dadantii include symbiotic fungi known as mycorrhiza and possibly transgenic proteins. Transfer of sweet pepper genes coding for ferredoxin like protein and defensin was shown to reduce D. dadantii disease in Phalaenopsis orchids under cultivation.

Важность

D. dadantii ассоциируется с бактериальными гнилями мягких тканей у большинства декоративно-лиственных растений, многочисленных цветущих растений и многих овощных культур. Это основной патоген для многих сельскохозяйственных культур, таких как картофель, банан и ананас, помимо декоративных комнатных растений. Помимо значительных негативных последствий, вызываемых этим патогеном, D. dadantii используется благодаря своим положительным свойствам. Наиболее важным из этих свойств является фермент аспарагиназа, который применяется в сочетании с другими химиотерапевтическими препаратами для лечения острого лимфобластного лейкоза (ALL) и неходжкинской лимфомы у пациентов, имеющих аллергические реакции на аспарагиназу E. coli Elspar или пегаспаргазу (Oncaspar). Кроме того, в связи с активной государственной поддержкой увеличения ресурсов возобновляемого топлива, D. dadantii изучается на предмет его использования в производстве этанола, а также его способности ферментировать и расщеплять клеточные стенки и пектины как альтернативу E. coli. Хотя эффективность D. dadantii ниже, чем у E. coli, некоторые гены D. dadantii были введены в E. coli с помощью генной инженерии для обеспечения деградации пектина E. coli.