臘狀芽孢桿菌C1L之磷酸轉移酶系統ptsG基因參與根分泌物調節其對玉米系統抗病性之誘導能力

Abstract

植物促生根圈細菌(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)是指能群聚於植物根圈之益生細菌，有些能促進植物生長，甚至可誘發植物產生系統抗病性。本實驗室前人自太魯閣國家公園之臺灣百合根圈分離出一PGPR菌株—臘狀芽孢桿菌C1L，已證實澆灌其菌液於根圈土壤，能有效降低百合灰黴病及玉米葉枯病的罹病程度。本研究欲了解玉米與臘狀芽孢桿菌C1L之間的交互作用，從實驗室前人製備之C1L轉位子突變株庫中，挑選喪失誘導玉米產生系統性抗病能力之突變基因-磷酸轉移酶系統(phosphotransferase system, PTS)之葡萄糖專一型IIABC組成的解碼基因ptsG作為研究對象，探討其在細菌與玉米交互作用中所扮演的角色。而植物行光合作用之部分產物會以根分泌物的形式釋放到土壤中，為植物與根圈微生物溝通的一種形式，透過C1L野生型菌株、ptsG突變株及ptsG(pLKptsG)互補株證明ptsG基因參與C1L對玉米根分泌物之趨向行為，以及在玉米根表的增殖數量。進一步藉由螢光報導系統分析證明ptsG基因之表現量受玉米根分泌物所調控，其中之有效成分應為多種醣類。由於破壞ptsG基因會減低C1L攝取葡萄糖的能力，也導致揮發性二次代謝物3-羥基-2丁酮(acetoin)及2,3-丁二醇(2,3-butanediol)產量減少，並經由溫室試驗證明此二揮發性有機化合物可作為玉米ISR之誘導分子。故而推斷臘狀芽孢桿菌C1L之ptsG基因表現量會受玉米根分泌物調節繼而正向影響趨向性、根部群聚能力及二次代謝物生成，以誘導玉米之系統抗病性。