貝萊斯芽孢桿菌FZB42之dfn基因簇拮抗馬鈴薯瘡痂病菌之角色探討

Abstract

馬鈴薯為世界上四大重要作物之一，而瘡痂病為馬鈴薯常見病害，主要病原為馬鈴薯瘡痂病菌 (Streptomyces scabies)，可造成薯塊表面木栓化及腐敗凹陷病斑，使馬鈴薯薯塊品質降低，臺灣目前無推薦防治藥劑可施用，僅能以健康種薯、作物輪作或調節土壤酸鹼值作為病害控制，但防治效果有限。本實驗室前人研究發現液化澱粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)Ba01在濾紙片擴散試驗或田間試驗皆能有效抑制馬鈴薯瘡痂病菌生長及降低罹病度。實驗室前人也推測Ba01二次代謝物表面素(surfactin)扮演抑制瘡痂病重要機制。為找出更多可能影響芽孢桿菌抑制瘡痂病菌的作用機制，本實驗利用模式菌株貝萊斯芽孢桿菌(Bacillus velezensis)FZB42搭配含有跳躍子功能之質體pMarA進行隨機突變試驗，將pMarA質體轉型進入FZB42後，利用溫度變化誘導跳躍子隨機插入菌株染色體DNA中，再以突變株比較野生株拮抗馬鈴薯瘡痂病菌的能力差異，並以反向PCR (inverse-PCR)進行突變基因的確認。實驗發現二次代謝物difficidin基因(dfn)在隨機突變之後，拮抗能力顯著下降，因此推測此二次代謝物影響FZB42拮抗瘡痂病菌之能力。為證實此一推測，本實驗以difficidin基因簇及基因簇中J區域(dfn J)進行目標基因突變。實驗利用接合作用(conjugation)將選殖成功的質體轉型進入FZB42中進行in-frame deletion，而後篩選出dfn基因簇突變株CTY1、CTY2及dfn J突變株CTY3和dfn J互補株CTY4。後續利用濾紙片擴散試驗測試各突變株及互補株與野生株抑制瘡痂病菌能力的差異，發現dfn突變株CTY1、CTY2及dfn J突變菌株CTY3與野生株FZB42比較，抑制能力皆顯著降低，而CTY4互補株則無差異。以上結果顯示FZB42二次代謝物difficidin基因於抑制馬鈴薯瘡痂病菌機制扮演重要角色。