丁香假单胞菌海藻糖合成与抗水分胁迫相关性研究

Water stress is a major environmental stress limiting Pseudomonas syringae survival, growth, and colonization on host plant leaves. Trehalose plays an important role in enabling the maximal water stress tolerance, or osmotolerance, by P. syringae. However, little is known about the trehalose biosynthesis pathways in P. syringae. We have previously found that compared to P. syringae pv. tomato DC3000, P. syringae pv. syringae B728a has greater osmotolerance, which could be due to the difference in their capacity to synthesize trehalose. Here, this study aims to understand the trehalose biosynthesis pathways in B728a, find and study the difference of trehalose biosynthesis pathways between B728a and DC3000. Evaluating the cause and mechanism behind the difference, it could help understand and explain the osmotolerance difference between these two strains, and further draw and complete the trehalose metabolism pathways and network. This work would help demonstrate the contribution of trehalose biosynthesis to osmotolerance by P. syringae, and provide the fundamental basis for studying P. syringae fitness in the phyllosphere and adaptation to the environmental stresses.

水分胁迫是限制丁香假单胞菌在植物叶片上生长繁殖的主要环境压力。丁香假单胞菌通过合成海藻糖最大程度地对抗水分胁迫比如高盐胁迫。然而丁香假单胞菌合成海藻糖的具体途径尚未见报道。申请人前期研究发现，相比于丁香假单胞菌番茄致病变种DC3000，丁香致病变种B728a对水分胁迫具有更强的耐受性，而这种差异很可能与它们在海藻糖合成途径上的差别有关。本课题拟以研究B728a的海藻糖合成途径为出发点，通过寻找B728a和DC3000在海藻糖合成途径的差别为切入点，分析两者之间的差异以及造成这种差异的原因和机理，从海藻糖合成方面阐明这两种菌株在抗水分胁迫能力上的差异，全面了解和绘制丁香假单胞菌海藻糖合成网络，揭示海藻糖合成在丁香假单胞菌对抗水分胁迫和适应逆境环境中的作用及机制，为深入探讨该菌在植物叶片上的环境适应性和抗逆性提供新的理论依据。

丁香假单胞菌是第二大类植物病原细菌，主要引起植物叶片或根茎的疾病，尤其适应植物表面和叶表的逆境环境。水分胁迫是限制丁香假单胞菌在植物叶片上生长繁殖的主要环境压力，它可以通过合成海藻糖最大程度地对抗水分胁迫比如高盐胁迫。然而丁香假单胞菌合成海藻糖的具体途径尚未见报道。前期研究发现，相比于丁香假单胞菌番茄致病变种DC3000，丁香致病变种B728a对水分胁迫具有更强的耐受性，而这种差异很可能与它们在海藻糖合成途径上的差别有关。本项目预测了丁香假单胞菌B728a海藻糖合成通路，利用预测分析得到的海藻糖合成基因簇及启动子信息，分析比较了treS途径和treXYZ途径在丁香假单胞菌B728a和DC3000海藻糖合成和抗高渗透胁迫中的作用。研究表明，B728a和DC3000中合成海藻糖的主要途径是不同的。B728a中，海藻糖主要通过treXYZ途径合成而非treS途径，而DC3000中主要通过treS途径合成。不仅如此，在高渗透胁迫条件下，B728a中，treXYZ途径的缺失使其失去了抵抗高渗透胁迫的能力，而treS途径的缺失却没有相同的影响。不同的是，在DC3000中，treXYZ途径和treS途径的缺失似乎并未影响其抵抗高渗透胁迫的能力。由此可见，在丁香假单胞菌中，海藻糖的合成主要依赖于treXYZ途径而非treS途径，并且，不同丁香假单胞菌致病变种中合成途径的不同选择会影响其抵抗水分胁迫的能力。B728a比DC3000更能抵抗和耐受水分胁迫，正是由于B728a能利用treXYZ途径来合成海藻糖来抵抗高渗透胁迫，而DC3000似乎主要利用treS途径合成海藻糖，合成海藻糖和抗高渗透胁迫的能力似乎要稍弱一些。这说明，B728a和DC3000在海藻糖合成途径上的差异导致了它们在抗水分胁迫能力上的差异，回答了项目拟解决的关键科学问题。最后，全面绘制了丁香假单胞菌海藻糖合成网络，揭示了海藻糖合成在丁香假单胞菌对抗水分胁迫中的作用机制，为深入探讨该菌在植物叶片上的环境适应性和抗逆性提供了新的理论依据。