几丁质酶在植物病害生物防治中的应用(2)

　　微生物几丁质酶能够水解植物病原真菌细胞壁的成分几丁质,参与菌寄生菌对寄主真菌的侵染过程,消解寄主真菌细胞壁和杀死寄主真菌,从而获得营养。一般几丁质酶只对真菌新生细胞如芽管和菌丝顶端细胞壁具有破坏作用。大多数丝状真菌在生长过程中,菌丝顶端同时合成几丁质和β-1,3-葡聚糖,交联形成几丁质、葡聚糖或其他多糖,菌丝顶端暴露的几丁质链会被几丁质酶所水解。微生物几丁质酶可通过分解几丁质来抑制真菌菌丝生长,使顶端细胞壁变薄,继而形成球状突起,最后细胞壁降解、原生质膜破裂;几丁质酶破坏菌丝端部生长,使真菌孢子萌发、芽管伸长和菌丝生长受阻,芽管和附着胞解体。
　　几丁质酶酶解几丁质的产物几丁寡糖,具有抗菌、抑菌性能,可以直接杀死病原真菌,还可以作为植物功能调节剂,促进植物生长发育。几丁寡糖在调节植物细胞代谢活动、提高植物防御能力等方面具有很好的作用,并且具有较强的抑菌、抗菌作用,能够抑制病原物的侵入或扩展;特别是聚合度较高的几丁寡糖,能够阻碍病原物生长。几丁寡糖可以作为植物功能调节剂,促进植物蛋白质合成,活化植物细胞,调节植物基因表达,刺激植物生长。
　　几丁质酶作为激发子启动植物防御反应,使植物产生更多的防御蛋白,增强植物对病原物的抗性。几丁质酶在植物中也许不是直接参与防御反应,而是通过水解侵入的真菌菌丝细胞壁产生信号因子,启动植物的防御反应,导致植物产生和积累抗病性物质。几丁寡糖可以作为激发子,在植物防御反应中充当信号因子,迅速启动植物的防御反应,诱导植物细胞对病原菌入侵作出反应,调节与抗病性有关的过氧化物酶(PO)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)等酶活性变化,产生植保素、酚类化合物等抗菌物质,使植物体内发病相关蛋白(PR蛋白,Pathogenesis Related Protein)含量升高。几丁寡糖在植物体内可以作为激活植物几丁质酶的诱导物。
　　3转几丁质酶基因在植物病害生物防治中的应用
　　几丁质酶在真菌的生防过程中具有重要作用这一点已经被广泛证实,在植物与真菌转入几丁质酶基因被认为是提高植物与真菌拮抗病原真菌的重要策略。利用几丁质酶防治植物真菌病害的策略主要有:一是构建表达几丁质酶的工程菌,释放到土壤防治土传病害;二是构件转基因植物建立植物自身的病害防御系统。目前研究较多的是从哈茨木霉菌(T.harziarum)纯化的几丁质酶CHIT42(42-kDa),并且对其编码基因ech42进行了克隆。随着越来越多的几丁质酶基因被克隆,几丁质酶在植保上的应用越来越多。利用几丁质酶基因培育抗病基因工程植物品种是一条有效的防病途径。国内外对此做了大量的研究,迄今为止已先后从细菌如S.marcescens、Bacillus circulan等分离到几丁质酶基因,导入植物细胞,获得表达该酶的转基因植物。主要包括烟草、大豆、番茄、马铃薯等植物,使其获得了对各种病原真菌的抗性[6-8],不但可抑制病原真菌的侵袭,而且对植物线虫、昆虫和其他一些病原生物也有抗性。与转基因植物相比较,由于生防微生物具有生长周期短、易于研究、便于生产等优点,因此将几丁质酶应用于生防微生物的研究成为植病生防研究的热点。Baek等对T.virens做了类似研究,发现含有双拷贝正常ech42基因的菌株防治棉花立枯病(R.solani)明显高于含有单拷贝敲除ech42基因的菌株;在木霉T.virens中,cht42基因能明显提高转化菌株的生防能力[9]。在木霉T.harizanum转几丁质酶基因(chit36)转化子与病原菌R.solani的对峙培养和抗R.solani的盆栽试验中发现转化型与野生株没有分别;而在玻璃纸的转培养试验中发现几丁质酶活性高的转化子对R.solani和Fusarium oxysporum的抑菌效果比野生型好。但是通过玻璃纸的转培养方法,测定的仅是拮抗真菌的分泌物(包括细胞壁降解酶、抗菌类物质等)对于病原真菌的抑菌效果,不能对其生防效果作出全面评价[10]。由于各种生防真菌的抗菌机制的侧重点不同,需要利用相应的抗病相关基因才能达到明显的促生防效果,在真菌抗病基因工程中采用的策略也要相应调整。因此,为了更好地利用抗菌基因和转基因技术,还需要对生防真菌的作用机理作进一步的探索。