1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
早1896 年,英国的微生物学家Ernest Hankin 就发现了噬菌体的身影,他在印度河水中发现了一种具有强灭菌活性的物质,它可以通过磁质滤器,被热水煮沸后灭菌活性则丧失,但遗憾的是 Ernest Hankin 没有进行更近一步的研究[7];1898 年,类似的现象也出现在了俄罗斯细菌学家 Gamaleya 的研究中[8];到了1915 年,英国微生物学家Frederick Twort 首次观察到了金黄色葡萄球菌平板上的透明斑,并进一步提出了病毒感染的假说[9];1917 年,法裔加拿大微生物学家 Flix dHerelle 在研究志贺痢疾杆菌时也发现了噬菌体的的存在,并正式将其命名为噬菌体[10],并在进一步的实验后证实其可以有效的治疗细菌性感染[11]。至此,噬菌体研究开始了一个阶段的迅速发展。
20世纪国内的生物防治资源大部分局限在细菌、真菌、放线菌上,对噬菌体的研究相对空白,所以若能筛选到可以裂解青枯菌的噬菌体,并开发成抗青枯病的生物防控剂非常重要。进入21世纪以来随着细菌对抗生素耐药性的增强, 如今利用噬菌体进行细菌病害防治越来越受到人们的重视。与抗生素相比, 噬菌体因其特异性强、副作用少、增殖能力强且不易产生抗性等优点在医学和食品上已较为广泛应用;目前发现的青枯菌的噬菌体大体上可分为 4 类,包括单/双链的 RNA 类和单/双链的 DNA[12]。其中 Takashi Yamada 所在的研究小组筛选到一株巨型肌尾噬菌体 ΦRSL1,他们从基因组学、蛋白质组学等方面对其进行了详细的研究,发现它的基因组片段非常大,有 231 kb,其中还包括了许多与已经有过报道的噬菌体基因组序列大为不同的序列,同时还发现了有可能会参与裂解细菌细胞壁过程的裂解酶在作物中,利用噬菌体进行细菌性病害防治近年来也逐渐被人们重视及开发[13]。20世纪初日本学者分离得到噬菌体 P4282 和 PK101,用于控制青枯病,Tanaka等用含噬菌体的无毒青枯菌株 M4S 对烟草进行预处理,可有效降低青枯病的发病程度。但这些噬菌体的寄主范围狭窄,只能侵染一部分青枯菌。而青枯菌易变异,种内具有复杂的遗传多样性,只要细菌受体在噬菌体-细菌结合所需位点发生一个单一变化就能使细菌对噬菌体产生抵抗力,从而丧失疗效[14]。Bhunchoth 等利用从清迈分离到的几株噬菌体用于防控青枯病,发现短尾病毒J2和RSB2组合能有效裂解污染的土壤中的青枯菌。有研究表明同时施用噬菌体混合体系在短期内效果更好,而施用策略在长期过程中具有潜在优势[15]。本实验研究分别从我国南方地区青枯病发病区域(江苏、浙江、江西、广西、湖南等地)采集番茄植株根际样品,用于分离不同的青枯菌及其专性噬菌体,筛选出几株高效并且侵染宿主范围广谱的噬菌体材料,研究其形态学和分子特性,确定其分类地位,为防控番茄青枯病提供更多的种质资源。2. 研究的基本内容和问题
[1] vasse j, frey pa. (1995). microscopic studies of intercellular infection and protoxylem invasion of tomato roots by pseudomonas solanacearum [j]. molecular plant-microbe interactions, 8: 241-251.
[2] mcgarvey ja, denny tp, schell ma. (1999). spatial-temporal and quantitative analysis of growth and eps i production by ralstonia solanacearum in resistant and susceptible tomato cultivars [j]. phytopathology, 89: 1233-1239.
[3] milling a., babujee l, allen c. (2011) ralstonia solanacearum extracellular polysaccharide is a specific elicitor of defense responses in wilt-resistant tomato plants [j]. plos one, 6: e15853.
3. 研究的方法与方案
研究内容
1、筛选并纯化侵染青枯菌的专性噬菌体。
2、筛选出4株侵染宿主范围广谱且高效的青枯菌专性噬菌体,研究其生物学特性。
4. 研究创新点
利用细菌噬菌体进行土传病害的防控,具有很好的专一性,不会引入污染同时对原有的微生物区系的扰动极小。同时噬菌体的裂解效果好,数量多,能快速增殖,成本低,有利于生产利用。
5. 研究计划与进展
2016年10月:完成样品的采集与噬菌体的筛选;
2016年11月:完成噬菌体的分离纯化;
2016年12月:完成噬菌体鉴定及其生物学特性研究
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