76043abf2ebed2c

تأثیر بیان ژن aiiA بر تحرک و آنزیم‌های بیماری‌زایی باکتری Pectobacterium carotovorum عامل پوسیدگی نرم باکتریایی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران

2 گروه گیاهپزشکی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، شیراز، ایران

چکیده

حدنصاب احساس (Quorum sensing) یک مکانیسم‌ تنظیمکننده است که توسط‌ Pectobacterium carotovorum برای تنظیم بیان ژن‌ها و تولید فاکتورهای بیماری‌زایی استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر باکتری‌های مختلفی از خاک جداسازی شده‌اند که می‌توانند مولکول‌های پیام‌رسان باکتریها به‌ویژه اسیل هموسرین لاکتون (AHL) را تجزیه و در حدنصاب احساس باکتری‌ها اختلال ایجاد کنند. در این پژوهش اثر ژن مولد آنزیم لاکتوناز‌ (aiiA) از باکتری‌های Bacillus sp. DMS133 و Bacillus sp. A24 روی تحرک و تولید آنزیمهای بیماری‌زایی باکتری P. carotovorum EMPCC مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که فعالیتهای حرکت سطحی(Swimming)، شناگری (Swarming) و خزیدن در عمق (Twitching) در پکتوباکتریومهای موتانت و دارای ژن aiiA (جدایه‌هایEMPCC/aiiA1 و EMPCC/aiiA2) نسبت به باکتری تیپ وحشی (جدایه EMPCC) به شدت کاهش پیدا کرد. در آزمون اندازهگیری آنزیمهای بیماری‌زایی نیز حضور AHL لاکتوناز در باکتری موتانت باعث کاهش چشم‌گیر مقدار آنزیمهای پکتیناز، سلولاز و پروتئاز شد. به‌طوری‌که میانگین تولید این آنزیمها نسبت به باکتری فاقد ژن aiiA تا بیش از بیست برابر کاهش نشان داد. تحرک و تولید آنزیمهای تجزیهکننده دیواره سلولی گیاه از فاکتورهای مهم بیماری‌زایی پکتوباکتریومها هستند. حضور ژن aiiA لاکتوناز در این باکتری باعث تجزیه شدن مولکولهای پیامرسان و در نتیجه اختلال در فعالیتهای وابسته به QS به‌ویژه فاکتورهای بیماری‌زایی در P. carotovorum شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Barnard AM, Salmond GP (2007) Quorum sensing in Erwinia species. Anal and Bioanal Chemistry. 387:415-23.

Barras F, Gijsegem F, Chatterjee AK (1994) Extracellular enzymes and pathogenesis of soft-rot Erwinia. Annual Review of Phytopathology 32:201-234.

Chen F, Gao Y, Chen X, Yu Z, Li X (2013) Quorum quenching enzymes and their application in degrading signal molecules to block quorum sensing-dependent infection. International Journal of Molecular Sciences. 14: 17477-17500.

Collmer A, Keen NT (1986) The role of pectic enzymes in plant pathogenesis. Annual Review of Phytopathology. 24:383-409.

Dong YH, Xu JL, Li XZ, Zhang LH (2000) AiiA, an enzyme that inactivates the acylhomoserine lactone quorum-sensing signal and attenuates the virulence of Erwinia carotovora. Procceding on National Academy Sciences of USA. 97:3526–3531

Dong YH, Wang LH, Xu JL, Zhang HB, Zhang XF, Zhang LH (2001) Quenching quorum-sensing-dependent bacterial infection by an N-acyl homoserine lactonase. Nature 411:813-7.

Faure D, Dessaux Y. 2007. Novel biocontrol strategies directed at Pectobacterium carotovorum. European Journal of Plant Pathology 119:353–365

Gardan L, Gouy C, Christen R, Samson R (2003) Elevation of three subspecies of Pectobacterium carotovorum to species level: Pectobacterium atrosepticum sp. nov., Pectobacterium betavasculorum sp. nov. and Pectobacterium wasabiae sp. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 53: 381-391.

Hosseinzadeh S, Shams-Bakhsh M, Sadeghizadeh M (2017) Attenuation and quantitation of virulence gene expression in quorum-quenched Dickeya chrysanthemi. Archives of Microbiology. 199 (1): 51-61.

Kashyap DR, Chandra S, Kaul A, Tewari R (2000) Production, purification and characterization of pectinase from a Bacillus sp. DT7. World Journal of Microbiology and Biotechnology 16: 277–282, 2000.

Li WMJ, Vico I, Whitaker BD, Gaskins VL, Janisiewicz WJ (2012) Application of the 2-Cyanoacetamide method for spectrophotometric assay of cellulose enzyme activity. Plant Pathology Journal. 11(1): 38-41

Mahmoudi E, Ahamadi A, Seyed-Tabatabaei BE, Ghobadi A, Akhavan Hassanzadeh N, Venturi V (2011) An Novel AHL-degrading rhizobcterium quenches the virulence of Pectobacterium atrosepticum on potato plant. Journal of Plant Pathology. 93 (3): 587-594.

Mahmoudi E, Naderi D, Venturi V (2013) AiiA lactonase disrupts N-acylhomoserine lactone and attenuates quorum sensing related virulence in Pectobacterium carotovorum EMPCC. Annals of Microbiology. 63: 691-697.

Mahmoudi E, Naderi D (2017)Expression of aiiA gene in potato and its effect on the control of bacterial soft rot disease. Journal of Plant Protection, 40 (2): 13-26. (In Persian)

Murray TS, Ledizet M, Kazmierczak BI (2010) Swarming motility, secretion of type 3 effectors and biofilm formation phenotypes exhibited within a large cohort of Pseudomonas aeruginosa clinical isolates. Journal of Medical Microbiology. 59: 511–520

Perombelon MCM (2002) Potato diseases caused by soft rot erwinias: an overview of pathogenesis. Plant Pathology. 51:1-12.

Qian GL, Fan JQ, Chen DF, Kang YJ, Han B, Hu BS, Liu FQ (2010) Reducing Pectobacterium virulence by expression of an N-acyl homoserine lactonase gene Plpp-aiiA in Lysobacter enzymogenes strain OH11. Biological Control. 52: 17–23.

Reimmann C, Ginet N, Michel L, Keel C, Michaux P, Krishnapillai V, Zala M, Heurlier K, Triandafillu K, Harms H, Defago G, Haas D (2002) Genetically programmed autoinducer destruction reduces virulence gene expression and swarming motility in Pseudomonas aeruginosa PAO1. Microbiology. 148: 923-932.

Sevinc N, Demirkan E (2011) Production of Protease by Bacillus sp. N-40 Isolated from Soil and Its Enzymatic Properties. Journal of Biology and Environmental Sciences. 5(14): 95-103

Sobhanipour A, Behboudi K, Mahmoudi E (2017) Bioassay for interference of AHL-dependent gene regulation in Pectobacterium atrosepticum and modulation of LuxI and LuxR by N-acylhomoserine lactone degrading rhizobacteria. Biological Control of Pest and Plant Diseases. 6(1): 11-26. (In Persian)

Sperandio V. 2007. Novel approaches to bacterial infection therapy by interfering with bacteria to bacteria signaling. Expert Review of AntiInfection Therapy 5:271–276

Toth IK, Bell KS, Holeva MC, Birch PRJ (2003) Soft-rot Erwinae: from genes to genomes. Molecular Plant Pathology 4:17-30.

Whitehead NA, Barnard AM, Slater H, Simpson NJ, Salmond GP (2001) Quorum-sensing in Gram-negative bacteria. FEMS Microbiological Review 25:365–404

Zheng HM, Zhong ZT, Lai X, Chen WX, Li SP, Zhu J (2006) A LuxR/LuxItype quorum sensing system in a plant bacterium, Mesorhizobium tianshanense, controls symbiotic nodulation. Journal of Bacteriology. 188: 1943–1949.

Zhu H, Shen YL, Wei DZ, Zhu JW (2008) Cloning andcharacterizations of the Serratia marcescensmetK andpfsgenes involved inAI-2-dependent quorum-sensing system. Molecular and Cellular Biochemistry. 315: 25–30.