【《松材线虫病的研究文献综述》5900字】

松材线虫病的研究文献综述1.1松材线虫病的发生与分布松材线虫病是由松材线虫（Bursaphelenchusxylophilus）引起的毁灭性的森林病害。松树线虫病从松树感染到松树死亡可以分为四个阶段：首先，松树在发病初期变化不太明显，其外观没有明显的变化，但是树脂减少分泌，同时针叶萎蔫，可以清晰的看见天牛咬痕；其次，发病的中期阶段，该阶段的树叶开始变黄，天牛留下了十分明显的产卵的痕迹；再次，发病的后期阶段蛀木屑；最后，发病的末期阶段，松树会出现枯萎死亡症状，颜色发生变化。该病害也被称为“松树的癌症”。1905年，在日本长崎最先发现松材线虫病ADDINNE.Ref.{9D30271D-8921-4AEF-81B7-D138B358103E}[2]。进入40年代后，该病害在日本34个县发现，造成120万立方米的松树年损失量。70年代后，该病害危及至日本35个县，在1979年造成的松树损失量高达240万立米，全国仅剩2个县没有发现松材线虫病ADDINNE.Ref.{9F9869DC-0BA9-4BCC-B9EE-350F386C0BDD}[3]，给日本林业带来了严重的损失。1979年，松材线虫病首次在美国被报告ADDINNE.Ref.{FD843428-E90E-4205-A8B0-C6C0827916F6}[4]。1982年，江苏南京中山陵的黑松（Pinusthunbergii）上出现了松材线虫病，这是在我国首次发现该病害ADDINNE.Ref.{17946F12-C941-4B9B-BC28-4123293B07E4}[5]。进入21世纪以来，松材线虫病遍及我国14个省(市)。2018年，该病害危及我国有18个省（区、市）588个县级行政区65万hm2的松树ADDINNE.Ref.{F47076E3-447B-44D3-B04C-551799901DA1}[6]。该病害除了给我国带来了严重的经济损失，也对我国的森林生态系统造成了严重的破坏。经统计，松材线虫目前可危害50多种松科松属树种和10多种非松属树种ADDINNE.Ref.{44AA4435-CA33-4F24-8DC3-7B51ED45932B}[7]，是一种危险性极高的外来有害生物。1.2松材线虫病的致病机理松材线虫病的发生与发展涉及多方面因素。由于该病害系统的复杂性，PWD的致病机理尚未弄清。目前主要有以下3种观点。酶学说认为松材线虫在侵染过程中分泌的多种水解酶可降解植物细胞壁和细胞膜，干扰水分传导，最终导致寄主发生枯萎死亡。其中纤维素酶被认为在松材线虫病早期起到重要作用。蒋丽雅用纤维素酶扩散法证明了松材线虫虫体含纤维素酶，且向体外分泌ADDINNE.Ref.{44AA4435-CA33-4F24-8DC3-7B51ED45932B}[8]。除纤维素酶以外，松材线虫所分泌的果胶酶、过氧化物酶、蛋白酶和淀粉酶等也可能参与了这种病害的初期病理反应ADDINNE.Ref.{588E2849-3A82-4DB0-A810-4029C4C599C0}[9,10]。空洞化学说指出松材线虫侵染松树后，松树的形成层和射线组织受到机械破坏，引起管胞空化阻碍水分和其他营养物质的运输，致使寄主松树发生脱水死亡。松树在生长最活跃的时期，形成层脆弱，易被松材线虫侵染。Myers等发现在松树感染松材线虫后，形成层的破坏使得管胞空洞，最终会干扰水分的运输和营养物质的传导，从而导致松树失水萎蔫ADDINNE.Ref.{2D54C4B1-BBD5-4F17-9711-F5FB968867E4}[11]。KurodaADDINNE.Ref.{7621DC30-0D85-4A5D-9FB2-11604FB92A01}[12]发现松材线虫侵染松树后，木质部中挥发性萜类化合物含量增加并研究评估了这些萜类化合物在管胞空化会阻碍木质部汁液上升，导致松树缺乏水分；当挥发性萜类化合物达到最高浓度后，出现严重的空化现象。毒素学说则有两种说法。一是寄主松树被松材线虫侵染后产生了有毒代谢次生物。Oku等人对被松材线虫病感染的松树体内毒素进行测定，结果发现在人工接种的3年生松苗木中检测到毒素，自然感染的松木也含有这种毒素，而健康的松木则没有ADDINNE.Ref.{2E07463E-7617-4AC1-AE2D-5EE247D4F6C5}[13]，这些毒素包括苯甲酸、二氢针叶树醇和8-羟基卡瓦酮ADDINNE.Ref.{2E07463E-7617-4AC1-AE2D-5EE247D4F6C5}[14]。这进一步支持了植物毒素在这种病害复杂的发病机制中的作用。二是毒素由松材线虫相关的细菌所产生ADDINNE.Ref.{2E07463E-7617-4AC1-AE2D-5EE247D4F6C5}[14]。1.3松材线虫病相关细菌的研究进展细菌和线虫的相互作用是普遍的自然现象，它们相互作用的机制也是研究的热点。从80年代开始，人们开始关注松材线虫病的另一种病原体——细菌。1.3.1松材线虫伴生细菌松材线虫体表可携带大量不同种类的细菌。Oku等人首次提出松树枯萎病毒素是致病性线虫相关的细菌所产生的代谢物ADDINNE.Ref.{B92B24E6-820C-4B50-B736-805F4829A9F6}[15]。赵博光最先报道了松材线虫会在其体表携带细菌ADDINNE.Ref.{B92B24E6-820C-4B50-B736-805F4829A9F6}[16]。赵博光等人经接种实验表明松材线虫携带的细菌与松材线虫病的发生有关ADDINNE.Ref.{0D16913F-DC34-4BFE-8B50-F8E6C69AEF82}[17,18]。Kawazu及其同事对松材线虫体表伴生细菌进行了筛选，分离鉴定了3株毒力菌株，只接种细菌松树不萎蔫，接种弱致病性线虫与细菌混合物，松苗的枯萎情况和强致病性线虫一样ADDINNE.Ref.{FB6D0503-F75C-4280-AD42-C9064D6988C6}[19]。洪英娣、曹越等对从病死树和线虫体表分离的3株菌株进行接种试验，结果显示，在无菌黑松苗上只接种无菌线虫，松苗未发病，而无菌线虫与细菌混合接种却能使无菌黑松苗感病发生枯萎ADDINNE.Ref.{9EA222D0-A396-487B-B350-8573AFDDC6F0}[20,21]。谈家金等人从松材线虫虫体分离到一株线虫伴生细菌GD1，经多次接种实验表明，松材线虫和菌株GD1混合接种，马尾松松枝发病萎蔫，单独接种线虫或者细菌，松枝未出现萎蔫症状ADDINNE.Ref.{08F92E6F-A192-4167-835D-5F3A9FB1E7E5}[22,23]。Guo等从松材线虫体表分离的荧光假单胞菌GcM5-1A可产生对唐松悬浮液细胞和幼苗均有一定的毒力的化合物ADDINNE.Ref.{A6B2DC73-9D3A-4AE4-9226-E359ED63C61C}[24]。田雪亮利用16SrRNA基因文库和454测序分析研究表明松材线虫伴生细菌多样性较高ADDINNE.Ref.{0694FB79-0C62-411D-80F2-28F6BEAD8C9D}[25]。贲爱玲、戚建光等发现松材线虫体表的细菌不仅能产生导致松枯萎的毒素，还能提高松材线虫的繁殖力ADDINNE.Ref.{B92B24E6-820C-4B50-B736-805F4829A9F6}[26]。林峰等人通过接种试验表明只接种强致萎病菌和无菌线虫，黑松不出现感病症状，而混合接种松苗感病情况严重ADDINNE.Ref.{B92B24E6-820C-4B50-B736-805F4829A9F6}[27]。来燕学等人从松材线虫耐久型幼虫分离出具有分解纤维素及降解或合成萜烯和酚类化合物能力的香茅醇假单胞杆菌(Pseudomonascitronellolis)ADDINNE.Ref.{E8FFE9D1-9F67-4238-B9AA-0C8F888C5722}[28]。以上研究说明松材线虫与之伴生细菌之间存在着密切的关系，这为阐明松材线虫致病机制提供了新的研究方向。1.3.2松材线虫内生细菌最初的研究认为植物寄生线虫的口针较小，体内不可能存在细菌ADDINNE.Ref.{1349A40E-6B0F-46F5-AA91-10D085444FB5}[29]。同时，赵博光没有在活体线虫体内的任何部位观察到细菌ADDINNE.Ref.{408AF647-F77D-4673-B503-2DE6C6D6C6D6}[16]。所以最初松材线虫相关细菌的研究主要集中于线虫体表伴生细菌。直到对生物体肠道内细菌的研究方兴未已，人们对动物内生菌的生理生化特性以及致病机理有了深入的了解。与松材线虫体表细菌相比，其体内细菌受到外界环境的影响较小。Yuan用透射电镜观察体表消毒的松材线虫，证明松材线虫体内存在细菌ADDINNE.Ref.{35D85127-FDDA-4C95-96EE-1BD968193001}[30]。Wu等利用分子生物学和生物化学方法鉴定了松材线虫内生优势菌为窄食单胞菌(Stenotrophomonas)、无色杆菌(Achromobacter)、爱文菌属（Ewingella）、赖氏菌属（Leifsonia）、根瘤菌(Rhizobium)和假单胞菌(Pseudomonas)，且这些内生细菌种类和碳代谢可能与毒力有关ADDINNE.Ref.{955186AB-F8DD-4B6F-875E-EC88671FA81D}[31]。伏艳美对来自不同地区感病马尾松中的松材线虫进行体内可培养细菌的分离鉴定，经研究发现松材线虫内生细菌提高了松材线虫的抗氧化能力。同时还发现线虫内生细菌对能增强其毒力和繁殖力。说明内生细菌在松材线虫病病程中发挥了一定的作用，加快了松材线虫病的发生及发展ADDINNE.Ref.{7BF793F6-A1E2-48BE-A57F-097FB3E00CA5}[32]。2016年，何龙喜的研究表明松材线虫内生细菌嗜麦芽窄食单孢菌NSPmBx03对松材线虫的致病能力有一定增强作用ADDINNE.Ref.{24BED84E-5039-4E27-AD8C-B470CC9B3393}[33]。上述研究表明松材线虫内生细菌在松材线虫病中起着一定的作用。这为研究松材线虫内生细菌在松材线虫致病中发挥的作用提供依据。1.3.3松树内生细菌植物内生菌是一种能够在健康的植物组织中形成种群，能与寄主建立和谐共处关系的一类微生物ADDINNE.Ref.{EF867DF2-8F7F-493A-A648-705FB2505954}[34]。2003年，谈家金等人从健康马尾松体内分离到一株内生细菌GD2，多次接种实验表明，单独接种无菌处理的松材线虫或菌株GD2，水培枝均未感病，二者混合接种，松枝发病ADDINNE.Ref.{2B758DD1-6389-4385-AAC2-5AFF4AE82E54}[35]。2005年，欧阳革成与张润杰从健康马尾松和松材线虫病树中分离到属于芽孢杆菌的植物内生菌，经证明该植物内生菌与松材线虫病有关ADDINNE.Ref.{BBE25912-AD6E-4EA7-A91D-F3713FA804DA}[36]。赵博光、谢立群从松材线虫病病死木中分离到细菌与真菌ADDINNE.Ref.{5ED4DC89-5299-4F32-843F-23A2756AB761}[37]。2010年，袁文婷首次从马尾松和黑松茎部分别分离到20株和19株内生细菌，并发现马尾松和黑松中细菌种群数量几乎不会随着季节的变化而发生变化ADDINNE.Ref.{F0F081E6-3132-49E0-9399-26AAE5D2AD43}[38]。2017年，李亮亮等ADDINNE.Ref.{F2780378-6E15-4F64-AD7B-ABEF03494AA7}[39]从湿地松中分离到一株蜡样芽孢杆菌NJSZ-13，经测定该菌株具有杀线活性。尹艳楠研究发现蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株菌悬液和经低温喷雾干燥制得的菌粉对松材线虫病均有一定的预防效果，在马尾松未感染松材线虫的健康状态施用蜡样芽孢杆菌NJSZ-13菌株效果更好ADDINNE.Ref.{B42787E3-422F-4662-AB42-C806ED0E7289}[40]。吴佳雯等ADDINNE.Ref.{5955DAF0-105A-4FB2-B78A-474D7F8B152C}[41]对菌株NJSZ-13进一步研究发现其对马尾松还具有促生作用。松树体内存在着大量内生细菌群落。它们或是可以促进植物生长发育、提高植物对病虫害抵御能力的有益内生细菌；或是对寄主生长发育无显著影响的中性内生细菌；又或者是可引起植物病害的有害内生细菌。对于松树内生细菌与松材线虫的关系还有待进一步研究。1.4松材线虫相关基因研究进展随着松材线虫基因组测序的完成，对于松材线虫相关基因及其功能已有了一定的认识和了解，这为研究松材线虫致病机制奠定了基础ADDINNE.Ref.{47636A26-92D0-4A7E-92A4-1C8A4AF0D1EF}[42]Shinya认为松材线虫病的发生，主要是由抗性相关蛋白、迁移相关蛋白、干扰功能蛋白的共同作用的ADDINNE.Ref.{62A7B37C-6DD9-41F6-86DF-CD6E2BD6B74B}[43]。1.4.1松材线虫抗性相关蛋白Fu等克隆了松材线虫的过氧化物酶（Peroxiredoxin）基因Bx-Prx，通过RNAi检测该基因的功能，结果表明该基因与松材线虫的繁殖和致病性有关ADDINNE.Ref.{7717FDBF-E888-458F-A959-33D966D3E64F}[44]。Li等人研究表明BxPrx是促进松材线虫侵染和分布的关键遗传因子，从而导致松材线虫病的传播ADDINNE.Ref.{02DEBB17-EDF5-4C2A-B29F-E5250FE961AE}[45]。许佳瑶发现在一定浓度的H2O2能显著提高BxPrx基因的表达，并通过RNA干扰验证了松材线虫BxPrx正向响应外源氧化胁迫ADDINNE.Ref.{751CF749-0615-460D-B7B9-BC67FAD32B25}[46]。张伟推测松材线虫在侵染寄主松树的过程中，由于环境的变化，基因发生了变异，从而调控转录水平，调节表型，从而有助于入侵寄主ADDINNE.Ref.{A3977E2E-6C7E-4F55-88A3-880218832DE0}[47]。谷胱甘肽巯基转移酶(GSTs)是真核生物中一种重要的解毒酶。Kikuchi在2011年从松材线虫的基因组中预测出65个潜在的GSTsADDINNE.Ref.{6FADC155-8BF4-4403-B096-99FC231AF2B1}[48]。2016年，Espada发现了两种在感染早期上调的分泌型谷胱甘肽s转移酶，并表明松材线虫所分泌的功能性GST蛋白能够帮助线虫克服寄主的防御从而进入寄主ADDINNE.Ref.{B1122D87-A042-44EE-84A5-02A612184100}[49,50]。念波对松材线虫GST基因BxGST3和BxGST1全长克隆及功能分析，发现其对松材线虫的解毒应激能力、取食以及繁殖能力有关ADDINNE.Ref.{3E75B928-D8E5-45F5-85B8-FE475EE2B9C3}[51]。1.4.2松材线虫迁移相关蛋白类毒过敏原蛋白在线虫感染植物过程中的迁移和降低植物的抵抗力等方面起重要作用。2010年，Lin等从松材线虫中克隆到3个类毒过敏原蛋白基因(Bxvap1、2、3)ADDINNE.Ref.{7170C4DA-9B77-4BB3-A36C-55B40F847F46}[52]，并对此进行原核表达及多克隆抗体的制备，为揭示该基因在松材线虫致病过程中的作用奠定了基础ADDINNE.Ref.{5024D372-9FDE-4E82-8F8B-300C9F96F0DF}[53]。2012年，Kang等人用WesternBlot和免疫组化分析证明了Bxvap-1在松材线虫在松树体内生长繁殖阶段表达水平最高，沉默该基因后，松材线虫迁移速率发生大幅度下降ADDINNE.Ref.{9F1353C3-ABB1-4472-8F3F-94D40E88199E}[54]。同年，Yan等通过比较转录组学发现了松材线虫类毒过敏原蛋白家族6个新成员ADDINNE.Ref.{9BDF82A7-E1C4-406A-9BA3-ADEDB5EADE96}[55]。植物细胞壁的主要成分是果胶酸、纤维素和半纤维素。植物寄生性线虫所分泌的纤维素酶可能在线虫致病过程中发挥着重要的作用。Kikuchi等人从松材线虫中鉴定了GHF45纤维素酶家族的三个纤维素酶基因，分别是Bx-eng-1、Bx-eng-2、Bx-eng-3，并发现第一个功能性GHF45纤维素酶—Bx-eng-1。同时也证明了Bx-eng-1，2和3可以通过线虫的口针分泌到植物组织中，并参与细胞壁的降解，使线虫更容易在松木组织中取食和迁移ADDINNE.Ref.{72C40104-4A0B-4A20-97FD-B7866FDF8C1B}[56]。此外，他还通过从细菌水平转移获得的松材线虫内生β-1，3-葡聚糖酶的克隆和功能表征研究再次证明线虫细胞壁降解酶在线虫寄生植物的过程中发挥了关键作用ADDINNE.Ref.{FF0AD938-7C15-44B7-9271-2744455010C2}[57]。马海宾也表明松材线虫分泌纤维素酶的活力与其致病能力密切相关ADDINNE.Ref.{D99C458F-EC08-41BE-AF2C-9582CD7EE987}[58]。张奇等发现纤维素酶BXC10能有力的降解松树纤维素，是重要的松材线虫病的致病因子ADDINNE.Ref.{39AE9DA6-825C-408F-B55B-84868CC43DBB}[59]。果胶酸裂解酶普遍存在于植物寄生线虫中，在线虫与植物的互作过程中发挥着重要的作用。Lee等人表明果胶裂解酶基因Bx-pel-3可能参与了降解细胞壁，是一种假定的致病基因ADDINNE.Ref.{041A7A2B-9533-4314-A5B3-4A68F17CB620}[60]。扩张蛋白(expansin)是引起植物细胞壁松弛的蛋白质，在植物的生命活动中发挥着不可或缺的作用，而存在于其他生物中具有相似结构功能的蛋白被称为类扩张蛋白（expansin-likeprotein)ADDINNE.Ref.{CF87C8BA-6913-4C5D-A7B6-6EEC23A9D381}[61]。Kikuchi从松材线虫与拟松材线虫中克隆鉴定了类扩张蛋白基因，该基因表达于食道腺细胞中ADDINNE.Ref.{B8D87C56-087C-4470-B002-EE87EE15250A}[62]。林世锋等克隆获得了松材线虫类扩张蛋白基因的全长cDNA，并推测该基因可能在线虫侵染时起到了使寄主细胞壁软化的作用ADDINNE.Ref.{60CB1491-B121-478A-9408-C5C2CBEEC684}[63]。1.4.3松材线虫干扰功能蛋白类甜蛋白是一种在高等植物中常见的防御蛋白，在植物抵御病原体、对外界压力做出反应、适应恶劣环境过程中发挥作用ADDINNE.Ref.{49F1BAB1-0FE1-45E4-8FE9-0B8FA46EB545}[64]。Shinya等人鉴定到松材线虫独有的2条类甜蛋白（thaumatin-likeproteins，TLPs）和1条类半胱氨酸蛋白酶抑制剂ADDINNE.Ref.{86E0ECC2-652C-4579-B56A-DD43731E0AFD}[65]。2014年，汪菊克隆了松材线虫类甜蛋白（TLP-1），为研究松材线虫与寄主松树之间的互作奠定了基础ADDINNE.Ref.{2A082C70-0206-4F49-A1AD-75423D7C1B08}[66]。蛋白酶抑制剂(proteinaseinhibitor)是对存在于植物、动物、微生物中的蛋白质分解酶具有抑制活性的一种水分子蛋白质ADDINNE.Ref.{86443F50-85A4-42D8-837C-E7BEBDCCF166}[67]。Kirino等人发现松材线虫分泌的类甜蛋白和半胱氨酸蛋白酶抑制剂可诱导本氏烟的细胞死亡ADDINNE.Ref.{899ECFAE-F26C-4B03-B50F-58CA25EF8778}[68]。抗性相关蛋白是松材线虫在寄主体内顺利完成侵染定殖的重要因素，迁移相关蛋白使线虫顺利迁移从而避免松树的过敏反应，干扰功能蛋白能作为分子模拟蛋白应对寄主的防御反应。除了这些基因以外，学者们还发现了与松材线虫生长发育相关的基因如热应激蛋白70(Hsp70)。戴素明采用成功克隆出了松材线虫Hsp70基因，由于其与秀丽小杆线虫Hsp70家族中的Hsp-1基因编码的氨基酸序列最为相似，便将其命名为Bx-hsp-1ADDINNE.Ref.{890027D0-EE6E-45AD-9A7F-315E5F872E7E}[69]，并利用RNA干扰技术证明Hsp70对线虫的胚胎发育和迁移活动起着一定作用ADDINNE.Ref.{FCE939ED-2B3A-4538-8DCC-B3CB10664A5A}[70]。王殿东对松材线虫MAPK基因进行RNA干扰发现该基因可能抑制松材线虫的繁殖能力ADDINNE.Ref.{8488868F-5004-41D6-8AF7-C07D20235E76}[71]。galectin-1是凝集素的一种，在生物体的生长发育和免疫调节中发挥重要作用。任万兰研究克并分析松材线虫的galectin-1基因了各个龄期的表达量ADDINNE.Ref.{CCBF2819-23B9-41FE-AEE3-8C586E3D5C45}[72]。但关于该基因以及许多其他潜在的松材线虫相关基因的功能还有待进一步研究。参考文献[1] 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