Plantepatologer opdager usædvanlig evolutionær overgang i almindelige bakterier

Det er "Strange Case of Dr. Jekyll og Mr. Hyde" i børnehave.

Der er for det meste godartede arter i de jordbårne, plante-associeret slægt af bakterier kendt som Rhodococcus , men nogle få arter kan være patogene. Et team af forskere ved Oregon State University brugte genom -sekventering til at identificere arter af Rhodococcus den overgang mellem gavnlig og patogen - stimulerende vækst i nogle planter i det tidligere tilfælde, mens deformerer væv i sidstnævnte.

Resultaterne blev offentliggjort i dag i tidsskriftet eLife .

Nøglen til Rhodococcus overgangen mellem at være en "god" og "dårlig" bakterie er muliggjort af DNA -molekyler kendt som plasmider, sagde Jeff Chang, en mikrobiel genomiker i OSU's College of Agricultural Sciences og leder af undersøgelsen. Et plasmid er et DNA -molekyle, der vedligeholdes adskilt fra bakteriernes kromosom.

"Den lethed, hvormed overgangen sker, er ret usædvanlig, og det udgør en vanskelig udfordring for planteskoler, "sagde han." Gavnlige stammer af Rhodococcus forårsage vækst af planten, der kan misfortolkes som sygdomssymptomer. Vi spores, hvordan de gavnlige og patogene medlemmer af Rhodococcus flytter fra plante til plante og planteskole til planteskole. Nu kan vi informere planteskoleindustrien om at implementere praksis for at begrænse dens spredning. "

Rhodococcus inficerer primært urteagtige stauder, herunder Shasta daisy, speedwell og krysantemum. Der er færre træagtige værter, der almindeligvis er inficerede, men de inkluderer sommerfuglbuske og falsk spirea.

Den evolutionære overgang ved bevægelse af plasmider har potentiale til at skabe nye slægter af patogene Rhodococcus i planteskoler og andre miljøer, Sagde Chang.

Undersøgelsesresultaterne kan have indflydelse på Oregons drivhus- og planteskoleindustri på 900 millioner dollars. De deformerede planter er ikke æstetisk tiltalende, og syge planter kan ikke sendes uden for staten, så det eneste alternativ er at ødelægge de inficerede planter.

For at hjælpe planteskoler, OSU udviklede molekylære værktøjer til at arbejde med kommercielt tilgængelige kits, der giver brugeren mulighed for hurtigt og effektivt at skelne mellem de gavnlige og patogene stammer af Rhodococcus . OSU har ansøgt om patent på de molekylære værktøjer, udviklet af Skylar Fuller, der fik en kandidatgrad i molekylær og cellulær biologi ved OSU i det forår.

Observationen af, at plasmider bevæger sig mellem stammer af Rhodococcus blev lavet af Alexandra Weisberg, en postdoktor i Changs laboratorium. Weisberg brugte genomiske værktøjer til at studere plasmidmønstre.

"Disse plasmider kan overføres fra en bakterie til en anden, hvilket gør det svært at spore sygdommen, "Sagde Weisberg." Sporing af plasmiderne adskilt fra kromosomet var nøglen til at forstå, hvordan disse overgange relaterer til hinanden. "

I mere end et årti Melodie Putnam, chefdiagnostiker ved OSU's Plant Clinic, har arbejdet med planteskoler i Oregon for korrekt at identificere bakterier, der forårsager usædvanlige vækstfejl hos inficerede planter.

"Symptomerne på Rhodococcus er ofte ikke lette at genkende, "Sagde Putnam." Indtil denne undersøgelse, vi vidste ikke hvordan Rhodococcus opførte sig i planteskoler. Vi vidste ikke, om der var en fastboende befolkning, der bare blev ved med at inficere igen, eller om planteskolerne fik det fra andre planteskoler. Nu har vi et klarere billede af forskellige scenarier. "

I 2014, Putnam blev kontaktet af en forsker ved et andet universitet, der fandt ulige symptomer i pistacietræer. De var korte og buskede, havde knudrede stængler og ville ikke podet ordentligt. Forskeren antog patogen Rhodococcus var synderen, men Putnam fandt kun de ikke-patogene bakteriestammer i de 100 eller flere symptomatiske planteprøver, der blev indsendt til Planteklinikken.

Putnam og hendes forskningsgruppe arbejdede sammen med Chang og hans gruppe ledet af Elizabeth Savory, derefter en postdoktor i Changs laboratorium, og Fuller. De to grupper undersøgte nogle af de pistacio-associerede bakterier og testede dem på flere plantearter. Undersøgelserne førte til lignende konklusioner:stammer dyrket fra pistacienød syntes at være ikke-patogene.

"Det var vores første indikation på, at disse stammer, de dyrkede fra pistacien, var, hvad vi finder på planter generelt, der har en gavnlig effekt, "sagde Savory, nu plantesundhedschef for Oregon Department of Agriculture. "Det er muligt, at gavnlige stammer af Rhodococcus forårsage vækstændringer i planten, der fejlagtigt kan tolkes som sygdomssymptomer. "