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为解决青枯菌属(Ralstonia)细菌难以控制,危害众多植物的问题,研究人员从美国马里兰州土壤中分离出一种感染Ralstonia的巨型噬菌体。测定其全基因组序列为 225,638 bp,G+C 含量 51.8% ,这为利用噬菌体防控植物病害提供了新依据。
青枯菌属(
Ralstonia)的青枯菌复合种(
Ralstonia solanacearum species complex)是一类革兰氏阴性土传细菌,在全球范围内侵袭超过 390 种植物。最近它被分为三个不同的青枯菌属物种:青枯菌(
R. solanacearum)、假青枯菌(
R. pseudosolanacearum)和丁香青枯菌(
R. syzygii)。青枯菌会引发许多具有重要经济影响的植物病害,比如番茄青枯病和马铃薯褐腐病。由于青枯菌很难控制,人们开始探索利用噬菌体作为一种有前景的新兴防治策略,因为噬菌体对环境友好,且只针对目标细菌。目前,已分离出多种感染青枯菌属的噬菌体,主要来自日本、泰国、中国和印度尼西亚等亚洲国家。基因组大小超过 200 kb 的噬菌体被称为巨型噬菌体。巨型噬菌体的大尺寸限制了使用标准噬菌体分离方法对它们的发现。到目前为止,只有 6 种感染青枯菌属的巨型噬菌体被分离和测序,包括从日本土壤中分离的青枯菌噬菌体 RSF1(222,888 bp )和 RSL1(231,255 bp );泰国的 RSL2(223,932 bp )、RP31(276,958 bp)和 RP12(279,845 bp);以及美国的 RsoM2USA(343,806 bp)。
研究人员从美国马里兰州贝尔茨维尔一个番茄田采集了 10 克土壤,用于分离巨型噬菌体。他们将土壤样品与水混合,在无菌的 50 mL 离心管中总体积配制成 30 mL,室温下轻轻振荡过夜,以释放噬菌体。使用青枯菌菌株 RUN302 作为宿主细菌,采用阿迪等人描述的三重噬菌体纯化过程来分离噬菌体,但在噬菌斑检测时,使用含有 0.35% 而非 0.45% 琼脂的酪蛋白氨基酸胨葡萄糖(CPG)培养基作为顶层,以便于巨型噬菌体的分离。分离出的噬菌体在 28°C 下过夜培养后,在双层 CPG 平板上形成了直径约 1 - 3 mm 的清晰圆形噬菌斑。按照制造商的说明,使用噬菌体 DNA 分离试剂盒(加拿大 Norgen Biotek 公司)提取噬菌体 DNA。基因组由美国马里兰州盖瑟斯堡的 AmpSeq 公司利用 AVITI 平台进行商业测序,共产生 49,943,158 条读数,总计 21,269,893 个碱基。AmpSeq 公司使用用于 Illumina 的 NEB Ultra II FS DNA 文库制备试剂盒制备文库,读数长度为 2×300 bp。使用 FASTQC(0.12.1 版本)检测,读数质量达到 Q40plus 碱基。使用 SPAdes v3.12 将基因组组装成 384 个重叠群(长度大于或等于 500 bp)。除另有规定外,所有软件均使用默认参数。利用 BLASTn 在 nt 数据库中比对这些重叠群,从而鉴定出噬菌体基因组。经 Prokka 1.14.6 版本注释,来自 377,608 条读数的噬菌体基因组完整重叠群为 225,638 个碱基。使用 BLASTP 程序在 nr(非冗余蛋白质数据库)中比对,对 246 个开放阅读框(ORF)的翻译蛋白质序列进行注释,e 值阈值设为 0.001。对噬菌体注释的主要病毒粒子结构蛋白(核苷酸 207323 至 208189)进行蛋白质 BLAST 分析后发现,该巨型噬菌体与另一种青枯菌巨型噬菌体 RSL2(
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/NC_028950.1/ )关系密切,氨基酸序列同一性达到 99%(285/288),这表明该噬菌体属于肌尾噬菌体科(
Myoviridae)。
该感染青枯菌属的巨型噬菌体全基因组每个碱基位置的测序读数覆盖深度为 491×;基因组大小为 225,638 bp,GC 含量为 51.8%。
本研究由美国农业部农业研究服务局资助。