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课题来源甘肃省科学技术厅的科技计划项目“甘肃省杰出青年基金”。该项目采用紫花苜蓿和SPF级KM小鼠作为供试寄主，采用跨界病原细菌桃色欧文氏菌Erwinia persicina Cp2作为对照菌株。通过构建紫花苜蓿根部感染模型和小鼠灌胃感染模型评估了该菌的致病性。随后，通过泛基因组学、比较基因组学和转录组学等方法探究了该菌的毒力因子和致病机理，探明了共患的分子进化基础。与此同时，提纯了桃色欧文氏菌和苜蓿泛菌的多糖，明确了多糖对紫花苜蓿的免疫功能。
具体的研究发现如下：1.明确了桃色欧文氏菌Cp2和苜蓿泛菌CQ10对紫花苜蓿的致病机理。通过生长瓶(课题组自制并获批实用新型发明专利：ZL202021672986.4)接种2种病原细菌。紫花苜蓿根部接种细菌后从第10d开始，CQ10组和Cp2组的紫花苜蓿叶片上开始出现小斑点。随着感染时间的增加，叶斑的数量和面积不断增加，到第21d时，大多数叶片完全黄化和枯萎。2.明确了桃色欧文氏菌Cp2和苜蓿泛菌CQ10对小鼠的致病机理灌胃接种后，与CK组相比，CQ10组和Cp2组小鼠均表现出精神不振、食欲减退和扎堆不动的症状。通过测定脏器系数得出菌株CQ10对小鼠胃系数和脾脏系数有显著影响，这与对照菌株表现的一致。同时，CQ10组和Cp2组小鼠白细胞、中性粒细胞和单核细胞在灌胃后24h和48h时高于CK组，然而48h之后均表现出下降趋势，红细胞和血红蛋白在48h之后也呈下降趋势。3.明确了桃色欧文氏菌Cp2对植物和动物的分子致病机理。通过转录组分析得出菌株CQ10在紫花苜蓿寄主内差异表达基因(DEGs)为2338个，包括1065个上调基因和1273个下调基因；在小鼠体内的DEGs为43个，包括38个上调基因和5个下调基因。其中，有20个DEGs是菌株CQ10在两个寄主中共表达的。这些DEGs主要参与营养/代谢因子、免疫、运动性、黏附、效应子分泌系统以及生物膜等过程。进一步分析得出参与生物膜形成与黏附功能的毒力因子Bap和参与免疫调节的NAP是菌株CQ10在紫花苜蓿和小鼠寄主中共同差异表达的。值得注意的是，Bap在对照菌株Cp2感染紫花苜蓿和小鼠寄主时也差异表达，这说明生物膜形成对于这两个跨界病原细菌的感染至关重要。此外，在病原菌与寄主互作(PHI-base)数据库中分析DEGs功能时发现致病因子LeuB和Dps(atu2477)在菌株CQ10和Cp2的感染中也发挥重要作用，其中LeuB与亮氨酸合成有关，主要调节铁代谢、菌毛生成、趋化性以及Ⅵ型分泌系统等毒力因子的表达；Dps(atu2477)主要调节细菌的铁稳态。由此得出，菌株CQ10跨界致病时所采用的策略是利用生物膜、运动性、铁获取、Ⅵ型分泌系统等毒力因子来实现对寄主的黏附、定殖、免疫调节以及感染，其中由毒力因子Bap介导的生物膜合成可能对菌株CQ10的成功感染至关重要。
项目完成考核指标情况简述及取得成果和应用情况：①明确了植物和动物跨界侵染共致病的毒力因子；②细菌的植物和动物跨界侵染新理论产出(发表了学术论文18篇，其中SCI9篇，中文9篇)；③开发植物和动物跨界共患细菌病的免疫制剂(申报发明专利4项，第一授权人获批2项；获批实用新型4项，研发小试新产品1个)；④培养研究生5名。
社会经济效：项目重点研究了牧草种传病原微生物，针对新的一类植物和动物跨界侵染共致病病原细菌的危害评价，同时攻克其共致病机制。在此基础上，结合传统和现代分子育种方法创制抗细菌性病害的优质高产牧草品种，同时将育成的牧草新品种通过饲喂动物后使其带有细菌性疾病的免疫作用，进而防控动物细菌性疾病，为保障中国草牧业绿色健康发展提供技术支撑。 |
