植物病原體相互作.ppt

1、第二章,植物病原體相互作用 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),(活體營養(yǎng)型)寄生菌和(死體營養(yǎng)型)腐生菌侵染宿主植物的方式是不同的。死體營養(yǎng)型殺死宿主細(xì)胞是為了從中吸取它們的營養(yǎng)，而作為活體營養(yǎng)型在植物細(xì)胞中有一個很長的共生階段，而且還能在侵染過程的初始階段能夠促進(jìn)宿主的新陳代謝。在宿主與病原物交界組織壞死的部位，能夠促進(jìn)死體營養(yǎng)型的生長而抑制活體營養(yǎng)型的生長。,在寄生菌(活體營養(yǎng)型)和腐生菌(死體營養(yǎng)型)的影響下，宿主植物的結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)的變化是不同的，并且這些變化是病原菌所采用侵染模式類型的一個很好標(biāo)記。半寄生半腐生的病原菌與完全腐生的病原菌相比，引起宿主植物的超微結(jié)構(gòu)變化要相當(dāng)小，而比寄生病原菌所引起的變化要大

2、。盡管植物的病原菌有豐富的多樣性，但是我們將會研究在寄生菌和腐生菌這個生物體系中的一些植物病原菌。,在侵染過程中植物和病原菌結(jié)構(gòu)變化,使植物致病的病毒，作為一種寄生病原菌，侵入植物的細(xì)胞之中，并在植物的細(xì)胞質(zhì)中不斷地繁殖。在前面的一章中，我們對于病毒的結(jié)構(gòu)、侵染以及繁殖都做出了描述。一些致病的細(xì)菌也能夠成為腐生或寄生菌。一些腐生的細(xì)菌能夠引起輕微的腐爛、斑病和枯萎、維管束枯萎、潰爛及斑點(diǎn)病。然而一些寄生的細(xì)菌則能產(chǎn)生出菌膿。,寄生真菌像一些粉狀、霉?fàn)畹恼婢軌蛟谥参锉砻嫔L或者像一些銹病和黑穗病的真菌都能夠在宿主植物的內(nèi)部生長。寄生真菌通常侵入許多植物的細(xì)胞中產(chǎn)生出吸收營養(yǎng)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱為吸

3、器。如果離開了宿主植物呢，這些寄生真菌就不能生存。相反，腐生真菌需要宿主植物僅僅作為它生命循環(huán)過程中一部分，并且能夠在其中繁殖生長或者在死亡的組織中生存。,真菌的侵染是從孢子的吸收營養(yǎng)萌發(fā)開始的，這些真菌的孢子吸附在植物的表面并且發(fā)芽， 圖2.1顯示銹病中夏孢子的發(fā)芽和侵染結(jié)構(gòu)變異的過程。附著胞的形成來自于芽管膨脹的頂端部分，芽管和頂端部分被接近芽管頂端的隔膜分開。纖細(xì)的附著管胞就會變成侵染釘，這些侵染釘會引起泡囊的產(chǎn)生。,泡囊形成之后則菌絲開始生長。菌絲細(xì)胞的生長就始于泡囊的兩端。這個圖解就說明了芽管壁就是由夏孢子壁的內(nèi)層拓展而生成的。由于新的附加層的出現(xiàn)形成了厚的附著絲壁。這些泡囊的壁則是

4、由內(nèi)層附著壁拓展出來的，因此正是由于這些侵染釘?shù)谋?，泡囊壁，菌絲細(xì)胞壁的出現(xiàn)才不與芽管壁相連。,溫度驟變和化學(xué)物質(zhì)刺激會誘導(dǎo)小麥稈銹病的侵染結(jié)構(gòu)的形成，這個侵染結(jié)構(gòu)是由一個附著胞侵染釘，侵染絲中的泡囊，侵染菌絲有時和吸器母細(xì)胞連續(xù)組成。 在侵染結(jié)構(gòu)的分化時期，細(xì)胞核會發(fā)生轉(zhuǎn)移。圖2 . 1。最初兩個細(xì)胞核會從孢子中移到芽管中，而后會進(jìn)入到附著胞中在哪進(jìn)行有絲分裂。成熟的銹菌的附著胞會有四個細(xì)胞核。第二個有絲分裂會發(fā)生在泡囊的形成時期。 一個泡囊中或許含有8或16個細(xì)胞核。在這個泡囊的兩端會有1到8個菌絲生成， 每個新形成的菌絲中都會移進(jìn)2個細(xì)胞核。,絲狀真菌一個典型的特征就是它們特殊的生長方式

5、：它們的菌絲頂端含有大量的膜包裹的導(dǎo)致膜和胞壁前體的頂端快速生長的小泡群體。生長的菌絲中細(xì)胞質(zhì)的體積不會與它整個體積成正比的增長，并且只是集中在它們的頂端部分。液泡都是在真菌空出的部位生長，這樣就可以使細(xì)胞質(zhì)移到新形成的頂端，這樣真菌空出部分就被原生質(zhì)膜和液泡膜描繪出輪廓。,無論是芽管還是各種致病的菌絲還是各種腐生真菌都有細(xì)胞質(zhì)，它們都還有細(xì)胞核，帶有片狀嵴的線粒體和微絲，管狀物，生產(chǎn)小泡的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，核糖體，微體，脂肪粒，液泡，微管和微絲。微管形成剛性的骨骼框架，肌動蛋白微纖絲與微管聯(lián)合構(gòu)成了廣闊的穩(wěn)固的系統(tǒng)。由膜包裹的小泡和各種類型的液泡在菌絲細(xì)胞中是很常見的。在夏孢子中脂質(zhì)經(jīng)常是與微體連接在

6、一起的。這些微體可能是作為一種乙醛酸體的作用，并且可能在孢子萌發(fā)時期參與脂質(zhì)的分解。,瀏覽這張電子顯微照片，顯示典型寄生病原菌在植物葉片表面的萌發(fā)和生長。夏孢子，黃銹菌的孢子，在小麥葉子表面的萌發(fā)。芽管在沒有形成附著胞的情況下沿著小麥縱向的軸心垂直生長并且穿透氣孔。銹菌的這種朝著氣孔的定向生長可能是對植物上表皮蠟狀物血小板的分布和織物表面形狀做出的趨性。如果這些蠟狀物被有機(jī)溶劑溶解掉，那么芽管將不能粘附在植物表面。銹菌的芽管是沿著植物葉片的縱軸顯著地垂直生長，并且與平行于宿主植物的葉脈呈九十度直角。每一個分生孢子都能產(chǎn)生3到5個能夠產(chǎn)生出表面帶有乳狀突起的菌絲和附著胞的芽管。,圖2.2：ele

7、ctron micrographs of the germination and further development of biotrophic pathogens on plant leaf epidermis,很多在葉片侵入的病原菌，無論寄生的還是腐生的，都是通過刺穿植物表皮細(xì)胞的外壁而侵入植物細(xì)胞內(nèi)的。例如，寄生的erysiphe sp和腐生botrytis sp 它們都是直接刺穿植物表面的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部而不是通過氣孔進(jìn)入的。圖2.3詳細(xì)解釋了E.orontii在植株葉片表面上的發(fā)展（Arabidopsis）。E.orontii的分生孢子產(chǎn)生出可以黏附在植物葉片上表皮的芽管。而后

8、，附著胞就在芽管頂端膨大的部位形成。然后從形成附著胞的基礎(chǔ)位置開始形成侵染釘刺穿植物厚厚的外表皮，進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)部。隨后就在植物表皮細(xì)胞的內(nèi)部，侵染釘?shù)捻敹诵纬晌鳌?完整的侵染結(jié)構(gòu)是在體外分化而來的，它是由芽管，附著胞，泡囊，和侵染菌絲組成的。P.graminis的附著胞在體外經(jīng)過溫度的驟變和其他的刺激能夠形成，且在體內(nèi)經(jīng)過真菌和氣孔或者和背斜的（向外傾斜的）胞壁連接點(diǎn)上的溝槽之間相互作用后形成。如果植物的細(xì)胞失去了膨壓或者死亡，那么在植物的表面就不會有附著胞生長。孢子，芽管和附著胞是靠分泌粘液的鞘把他們黏在植物細(xì)胞的表面。,P.graminis附著胞主要是在氣孔上形成的，而E.oronti

9、i的附著胞則通常位于穹狀的壁上，并且每一個附著胞都有橫向的突起，并且細(xì)小的滲透釘是在突起下面生成的，然后刺穿植物表面細(xì)胞的外壁。銹菌和粉末狀霉菌的附著胞在特殊觸動刺激的條件下能夠形成，甚至是在具有劃痕的人工膜上也能形成，像Puccinia sp.和Erysiphe sp.就能形成橢圓形狀的附著胞。,腐生真菌葡萄孢屬灰霉菌的孢子是由能承受大的頂端的指狀的附著胞或固著器的芽管發(fā)育成的。這些附著胞通常是由與宿主植物表面反復(fù)相連的菌絲的分支形成的。葡萄孢屬灰霉菌是靠菌核這樣組織來越冬的，這個組織有擬薄壁組織結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)是由包裹著菌絲體的線狀物組成。,當(dāng)銹狀的菌絲細(xì)胞與主要的植物葉肉組織細(xì)胞建立聯(lián)系時

10、，菌絲的頂端部分就會被隔膜劃分開并且最終形成吸器的母細(xì)胞。之后真菌的細(xì)胞核，線粒體，核糖體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，淀粉粒從HMC中移動到吸器里， 并且只有真菌的原生質(zhì)膜，液泡留在HMC中。 而等離子體膜和吸器母細(xì)胞HMC之間仍然保持著聯(lián)系。 年輕的P.graminis，Uromyces fabae和E.orontii他們都有一個橢圓形的吸器，但是當(dāng)他們成熟時這些吸器就會變成球形。E.graminis的吸器是非常獨(dú)特的，在小麥的表皮細(xì)胞中它含有一個像指狀物投影的身體。,在其他真菌生活史循環(huán)中發(fā)現(xiàn)吸器的細(xì)胞質(zhì)含有相同的基本組成物質(zhì), 糖原顆粒和脂肪粒含有存儲器。它們在真菌中大量存在而且種類豐富并且分布不同。在吸

11、器的生活史中脂肪粒的大小是不斷生長的，輪紋狀的膜的聚合物通常出現(xiàn)在成熟或者老的吸器的外圍，在孢子的形成的過程中脂質(zhì)和糖原不斷地積累貯存，在孢子萌發(fā)的過程中則不斷地利用這些脂質(zhì)和糖原。,寄生病原菌的繁殖體會形成大量的表面（霉?fàn)钗?、粉狀物）或者菌絲體細(xì)胞（銹病、黑穗?。?。圖 2 . 6。一個落在小麥葉片表面夏孢子會長出一個芽管和一個附著胞。附著胞的作用就是伸入到鄰近的保衛(wèi)細(xì)胞中，并且在葉片氣孔下的縫隙中會產(chǎn)生出一些氣孔下的小泡。兩到四個菌絲細(xì)胞來源于泡囊兩端的生長。當(dāng)菌絲細(xì)胞頂端與植物葉肉細(xì)胞相互作用時菌絲細(xì)胞頂端就會停止生長，黏附在植物細(xì)胞壁上形成吸器母細(xì)胞。這個銹病的吸器母細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)展就能夠

12、通過一些對宿主細(xì)胞壁降解的酶和外來機(jī)械壓力的作用刺穿這個帶病宿主主要的葉肉細(xì)胞。,從哪以后, 菌絲細(xì)胞頂端開始生長到宿主細(xì)胞的內(nèi)腔中,并且形成管狀的吸器頸。這個吸器的頂端會不斷地蔓延形成整個吸器的身體。宿主的細(xì)胞核，葉綠體和其他正常的細(xì)胞器會移動到吸器的周圍。在細(xì)胞周質(zhì)間隙(壁膜間隙)中的吸器會在胞壁和原生質(zhì)膜的收縮凹入的部分之間形成。圖2.6和2.7B,圖2.7P.graminis intercellular mycelium and haustoria,圖 2 . 7 顯示的是被小麥銹病侵染的小麥葉片。小麥的表皮細(xì)胞被銹病的菌絲體細(xì)胞所彼此分開圖2 . 7 A 。 吸器的母細(xì)胞黏附在植物的

13、細(xì)胞壁上。 圖 2 . 7 B 顯示的是在侵染的小麥的葉肉細(xì)胞的內(nèi)部以及含有菌絲體細(xì)胞的細(xì)胞空間。吸器母細(xì)胞被隔膜從吸器的剩余部分中分離出來。它能引起一側(cè)菌絲分枝的生長。吸器母細(xì)胞的收縮會引起它的細(xì)胞質(zhì)移動到生長中的吸器中，這一點(diǎn)能在植物葉肉細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜之間的細(xì)胞周質(zhì)空間中被看到。,圖2.7C顯示了銹菌的吸器在小麥葉肉細(xì)胞的里面。球形的吸器身體和薄的圓柱形的吸器的頸被含有葉綠體的細(xì)胞質(zhì)和薄的植物葉肉細(xì)胞所圍繞。在圖2.7D中小麥的葉肉細(xì)胞中可以看到吸器的身體和頸。在頸的中間部分我們看到吸器的條帶。,真菌主要是靠孢子來進(jìn)行傳播的，并且真菌孢子的類型和功能有很大的變化。一些病原菌，像小麥桿銹菌

14、，能產(chǎn)生幾個類型的孢子圖2.8和圖2.9。這些真菌主要通過夏孢子來進(jìn)行傳播，它是在一個稱為夏孢子產(chǎn)孢細(xì)胞的結(jié)構(gòu)中形成的。在它的營養(yǎng)階段中能產(chǎn)生出七代夏孢子。當(dāng)植物開始衰老時，冬孢子會在夏孢子產(chǎn)孢細(xì)胞的邊緣形成。,在接下來的春天里，經(jīng)過一冬天的冬孢子開始萌發(fā)，并且形成一個稱為擔(dān)子的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生出擔(dān)孢子。萌發(fā)的擔(dān)孢子能引起產(chǎn)生異宗配合的性孢子器，性孢子器形成性孢子。促進(jìn)和抑制刺激性孢子的融合物結(jié)果就會形成雙核菌絲和銹孢子。因此小麥銹菌能夠形成五種類型的孢子：夏孢子，冬孢子，擔(dān)孢子，性孢子，銹孢子。,真菌孢子新一代的形成來自于各種類型的分生孢子，圖2.9B。粉狀霉菌（白粉菌）不會形成假薄壁組

15、織體，它表面的菌絲體會產(chǎn)生大量的分生孢子梗，這些來源于菌絲的分生孢子梗垂直生長。圖2.9C 是從分生孢子梗的頂端分離的成熟的短期的分生孢子。圖 2.9 的顯微照片詳細(xì)闡明了灰霉菌，小麥稈銹病菌和E.orontii菌的孢子形成。在灰霉菌侵染的植物組織上，大量的分生孢子梗著生著大量著色的，單細(xì)胞卵形的分生孢子，圖 2.9。銹菌的夏孢子和冬孢子在假薄壁組織體的頂端的突起上形成。,圖2 . 9 B是小麥桿銹菌的一個夏孢子。夏孢子的形成要通過葉片表面的表皮細(xì)胞的裂縫。年輕的夏孢子的表面是光滑的，而成熟的夏孢子的表面則是有小刺的，并且在它們的表面長有200 到300 個圓錐形的體刺。這些體刺的最初會在年輕

16、的夏孢子的細(xì)胞壁上作為一種小的隆起物形成。 這些隆起物不斷增長會降解初生壁，并且次生壁的物質(zhì)會被堆放到初生壁的中心。,圖2.9 C 表面的菌絲會產(chǎn)生垂直生長的分生孢子梗，成熟的分生孢子會在這個分生孢子梗的頂端部分生長，脫離。它們會被分配到宿主植物的表面，借助與空氣傳播到鄰近的其他宿主植物的表面。,植物細(xì)胞抵抗病原菌侵染的結(jié)構(gòu)特征,植物抵抗大多數(shù)的病原真菌，并且僅有一些病原真菌則需要侵入到特定的宿主植物組織的能力，來壓制宿主植物的抵抗。表層蠟狀物，角質(zhì)層，和具有豐富多聚糖的細(xì)胞壁是第一道用來抵抗病原菌的防線。病原菌破壞這些防線侵染到植物細(xì)胞中，宿主植物這種做出防御回應(yīng)的有效性取決于它回應(yīng)的速度和

17、病原菌侵入量。宿主植物的防御是先于宿主細(xì)胞對病原菌的識別。,植物是怎樣識別病原菌并且激活防御系統(tǒng)的現(xiàn)在任然沒有徹底的弄清楚。所有多細(xì)胞的器官都已經(jīng)發(fā)展出來了一套用來避免潛在微生物侵入的機(jī)制。在自然環(huán)境中，植物會遇到大量一系列病原菌的侵染，例如一些細(xì)菌，真菌，還有病毒。在建立侵染的時期，成功有效地侵染或者有效地抑制侵染都依賴于宿主和病原菌的接觸面。一個活的細(xì)胞在接觸面是能夠抵抗病原菌的。植物緩慢和被動的反應(yīng)能夠?qū)е虏≡粩嗟胤敝场Ｔ诮佑|面宿主植物抵抗病原菌基因的表達(dá)是非常接近于真菌菌絲的生長點(diǎn)，這樣就能有效地抑制病原菌的發(fā)展。,寄生病原菌的侵染,專性的寄生菌包括一些能夠引起絨毛狀的霉?fàn)钗?，粉?/p>

18、的霉?fàn)钗锏牟『?，黑穗病和銹病，病毒，類病毒，一些專性細(xì)菌，線蟲，原生動物，真菌和一些卵菌綱病原物，它們能與宿主的細(xì)胞建立長期的寄生關(guān)系，能夠隨著植物的代謝產(chǎn)物連續(xù)流動。在侵染過程中的最初階段，寄生病原菌能刺激植物的代謝過程，例如光合作用，呼吸作用，營養(yǎng)吸收并且建立一個侵染網(wǎng)。這些病原菌會保持在活的宿主細(xì)胞中作為長期食物的來源用來形成大量的孢子。,在寄生關(guān)系形成后，真菌孢子開始萌發(fā)，并且侵染結(jié)構(gòu)開始形成，但不會引起宿主超微結(jié)構(gòu)的退化改變。在電子顯微鏡下你會第一個看到發(fā)生在植物細(xì)胞和細(xì)胞質(zhì)中的變化，吸器的母細(xì)胞會黏附在細(xì)胞壁上并且細(xì)小的吸器會侵入到植物細(xì)胞的內(nèi)腔中，類似的白粉病也會引起細(xì)胞質(zhì)的這種

19、改變。附著胞黏附在植物細(xì)胞壁上并且形成侵染釘侵入到植物的細(xì)胞壁中（圖2.3）。,在侵染釘?shù)闹車?，植物原生質(zhì)膜開始收縮并且產(chǎn)生出大量的小泡，在宿主的細(xì)胞質(zhì)中試圖侵染的體系中小泡的出現(xiàn)以及其行為表達(dá)是受基因控制的。一些真菌進(jìn)入時分泌的蛋白最近在進(jìn)行研究，PEN2蛋白質(zhì)是一種糖基化酶，局部氧化酶，并且它扮演一種病原菌誘導(dǎo)入侵前的抵抗機(jī)制。,年輕的新陳代謝的旺盛吸器含有細(xì)胞核，線粒體，核糖體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，小的液泡，而老的吸器含有少量的線粒體，核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，巨大的液泡，脂質(zhì)球和外圍輪紋狀膜。盡管寄生真菌的吸器可以作為細(xì)胞結(jié)構(gòu)，但是他們不能侵入到細(xì)胞質(zhì)中。相反，在穿透侵染時期，它們收縮宿主細(xì)胞的原生質(zhì)膜并且

20、使宿主周質(zhì)空間不斷擴(kuò)大。,這個吸器與宿主細(xì)胞質(zhì)的接觸面被命名為外吸器基質(zhì).這個外吸器基質(zhì)被一個叫做外吸器膜的宿主原生質(zhì)膜凹入部分所圍繞著一邊，并且另一邊是吸器壁的外表面。吸器與外吸器基質(zhì)和外吸器膜一起作為了吸器的組織器官。宿主的原生質(zhì)膜被吸器凹入的部分與沒有凹入部分不同：密度大，厚度增加，多聚糖增加，并且在植物細(xì)胞壁的微纖維綜合體中有大量的多酶附和體參與。而在真菌吸器膜和沒有凹入的植物細(xì)胞膜中都存在ATP，為吸取營養(yǎng)提供能量，在外吸器膜上就缺乏ATP，因此沒有控制營養(yǎng)物質(zhì)穿透膜的能力。,在整個吸器生長的同時會伴隨著圍繞著吸器的植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的增值（產(chǎn)生小泡）。此外，這些內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小泡與外吸器膜平行排列

21、并且在一個兩極面模式中：離吸器近的小泡不是顆粒狀的而離吸器遠(yuǎn)的則是顆粒狀的并且表面粘附很多的核糖體。那些沒有被侵入的葉肉細(xì)胞通常含有顆粒狀的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，這種圍繞著吸器的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小泡的容量與外吸器母體有相同的密度。這一發(fā)現(xiàn)表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)衍生出的物質(zhì)會被釋放到外吸器基質(zhì)(EHM)中。,另一個寄生真菌侵染的特征是真菌吸器與宿主細(xì)胞核之間的親密關(guān)系，在吸器的分離程序中，分離甚至都不能破壞這種關(guān)系，一些分離出的吸器仍然粘附著宿主的細(xì)胞核。在宿主細(xì)胞核中染色體間的區(qū)域密度與吸器的增長有關(guān)聯(lián)，并且與細(xì)胞核中的RNA同時增加，吸器的侵入也引起了宿主細(xì)胞的重組。一個沒有被侵染的葉肉細(xì)胞含有一個被細(xì)胞質(zhì)外層所圍繞的中心大液

22、泡。相反，在侵染的宿主細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體，葉綠體和別的細(xì)胞器，它們都向吸器移動并且圍繞著它。,宿主的一些黏附在外吸器膜（EM）上的細(xì)胞器也會被改變：葉綠體的高級結(jié)構(gòu)就會被打亂，并且大量的片層（ 類囊體 ）結(jié)構(gòu)就會減少。這些發(fā)現(xiàn)都表明宿主的光合產(chǎn)物都被釋放到外吸器基質(zhì)中。在吸器侵染的最后階段，內(nèi)膜系統(tǒng)的這種改變會更加顯著，并且結(jié)果導(dǎo)致宿主細(xì)胞器的降解。例如，在葉綠體上脂肪粒體積會不斷地增加。,有趣的是，吸器誘導(dǎo)的宿主細(xì)胞器超微結(jié)構(gòu)的改變與那些正常的細(xì)胞器在衰老過程中所表現(xiàn)出來的特征很相似。這就表明那些在吸器周圍的細(xì)胞器在經(jīng)受過早的衰老。在吸器成熟的過程中，緊緊地被膜包裝的復(fù)合體在宿主

23、的細(xì)胞質(zhì)中圍繞著吸器，它是由平行方向的無顆粒的管狀的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小泡組成，這些小泡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的膜有關(guān)聯(lián)，這種現(xiàn)象是在銹病和絨毛的霉菌（白粉?。┑奈髦車话l(fā)現(xiàn)但在沒有侵染的細(xì)胞中卻沒有發(fā)現(xiàn)。,（2.10 A）通過吸器頸和身體進(jìn)入到小麥葉肉細(xì)胞的部分也就是P.graminis H M C(吸器母細(xì)胞 )的部分。宿主的細(xì)胞器：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，多聚核糖體，高爾基體和微體都集中圍繞著吸器。（ 2.10B）在電鏡下不透明的吸器身體被薄的明亮的外層吸器的基質(zhì)和不透明的外吸器膜所圍繞。葉綠體和線粒體緊緊地黏附在外吸器膜的表面。與葉綠體相鄰的外吸器基質(zhì)中含有許多的液泡。,吸器的形成是寄生真菌與宿主植物相互作用關(guān)系的

24、標(biāo)志之一，并且在病原菌的營養(yǎng)吸收中扮演著重要角色。正常吸器的生長是病原菌建立寄生關(guān)系的必要條件，是吸器和宿主植物之間建立活體營養(yǎng)寄生關(guān)系重要目標(biāo)的信號之一。例如，關(guān)于單胞銹菌屬病原菌最近的研究表明，銹菌的轉(zhuǎn)移蛋白1（Uf-RTP1p）和它的同系物Us-RTP1p在外層吸器基質(zhì)和沒有被侵染的植物細(xì)胞中都有發(fā)現(xiàn)。這些蛋白質(zhì)從吸器中被運(yùn)輸?shù)角秩镜闹参锛?xì)胞中并且能運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)。Uf-RTP1p在宿主細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中的濃度會增加吸器的成熟。對RTP1p的定位表明它可能在維護(hù)寄生關(guān)系中扮演一個重要的角色。,另外，一些己糖運(yùn)輸物HXT1和公認(rèn)的氨基酸運(yùn)輸物都在銹菌和粉狀霉菌的吸器中被發(fā)現(xiàn)，并且會被

25、高度表達(dá)。但是在侵染結(jié)構(gòu)和菌絲細(xì)胞這樣的早起結(jié)構(gòu)中卻沒有檢測到，HXT1位于吸器的等離子膜上并且它有對底物D-葡萄糖和D-果糖的特異性。從它的位置及它是進(jìn)行生化反應(yīng)的必要條件可以看出，從植物質(zhì)外體分離的吸器的器官是為從宿主植物上奪取營養(yǎng)服務(wù)，并且能使寄生的真菌與在自然條件下的宿主植物器官產(chǎn)生競爭。,胼胝體聚集物是受到傷害的高等植物和受到其他各種類型侵染時植物的一種非特異性反應(yīng)。這種多聚糖胼胝體在電子顯微鏡下是透明的。大多數(shù)透明的胼胝體都會聚集在新陳代謝旺盛的吸器周圍，這些吸器含有這種多聚糖，并且這種多聚糖是吸器的主要組成成分。這種胼胝體包含乳狀突起，頸圈和套裝（包裝物），這些都會在一個收縮入鞘

26、的原生質(zhì)膜表面形成，并且作為對入侵病原菌的非特異性反應(yīng)的一個部分。在病原菌試圖侵染的葉片表面上會出現(xiàn)這種乳突狀的胼胝體分布在侵染點(diǎn)的周圍。,這種乳狀突起用1%的苯胺著成藍(lán)色后在紫外光下照射會發(fā)出熒光。圖（2.11）展現(xiàn)了這種乳狀突起在thlaspeos銹菌侵染時在擬南芥的葉片上的形成。 遏藍(lán)菜柄銹菌銹菌的擔(dān)孢子形成芽管和小的附著胞。巨大的乳狀突起聚集在真菌的侵染點(diǎn)。我們會看見這種胼胝體沉積物的白色條帶，它在宿主植物細(xì)胞壁內(nèi)作為宿主植物對病原菌侵染的一種回應(yīng)。銹孢子會在擬南芥植物的葉片上萌發(fā)，產(chǎn)生附著胞。附著胞侵染釘?shù)那秩緯T導(dǎo)產(chǎn)生出乳狀突起。,在這種寄生關(guān)系中，很多孢子會進(jìn)入植物的組織器官并且

27、會引起真菌的復(fù)制克隆以及新孢子的形成和萌發(fā)。而在一些沒有這種寄生關(guān)系的真菌中，大多數(shù)孢子不能進(jìn)入到植物細(xì)胞內(nèi)。在這種情況下，侵染釘?shù)纳L就會被植物做出的回應(yīng)（胼胝體分泌物，含有Si成分的物質(zhì)，木質(zhì)素和細(xì)胞壁的前體細(xì)胞）而終止。病原菌和宿主沒有這種相容寄生關(guān)系的結(jié)果就是在病原菌試圖侵染時胼胝體直接形成（2.11A和2.11B）。在不兼容結(jié)合體中，試圖侵染場所中僅有一小部分顯示吸器形成。,這些被侵染的細(xì)胞中，大多數(shù)被侵染的細(xì)胞都會遭受像細(xì)胞死亡這樣的過敏反應(yīng)，該反應(yīng)在整個細(xì)胞處于熒光下時可被觀察到。如果這些胼胝體沉積物形成，那么它們就會圍繞這些剛形成的吸器周圍。之后，這些纖維素微纖維就會在侵染釘和

28、吸器的周圍出現(xiàn)。這些新形成的胞壁物質(zhì)就會圍繞著侵染釘和吸器周圍來阻止植物的代謝物在宿主植物和病原物之間交換流動，通常胞壁物質(zhì)僅出現(xiàn)在代謝低和壞死的吸器周圍。,我們不會看到在真菌吸器和宿主細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞之間的任何聯(lián)系。植物和病原菌之間共質(zhì)體聯(lián)系的缺乏表明了病原菌吸收的大部分宿主溶解物都要穿過外層吸器基質(zhì)通過非質(zhì)體的運(yùn)輸。宿主和真菌的膜沿著頸帶或者吸器的軸環(huán)的這種緊密聯(lián)系看似是阻止宿主的營養(yǎng)從外層吸器基質(zhì)中向質(zhì)外體中釋放，因此只能迫使通過外層吸器膜來對宿主營養(yǎng)物質(zhì)的攝入。換句話說，這個頸帶的形成更可能是導(dǎo)致吸器在外吸器膜上發(fā)展成一些特異性運(yùn)輸?shù)鞍椎哪?，能夠調(diào)節(jié)吸器上營養(yǎng)物的進(jìn)入和進(jìn)出。,菌絲細(xì)胞是直

29、接從宿主細(xì)胞中獲取一些營養(yǎng)物質(zhì)并沒有通過吸器的通道來獲取營養(yǎng)。但是一些糖的流動（從植物體向銹菌和粉狀霉菌中流動）很大一部分要通過吸器中的設(shè)備。真菌關(guān)于營養(yǎng)物質(zhì)吸收的這部分基因的特異性表達(dá)就是吸器。例如，從廣泛的大豆葉片中所分離的U.fabae吸器，在植物體中表達(dá)誘導(dǎo)PIGs即（不會有芽管，附著包，泡囊或者HMC的表達(dá)）基因存在的差異。,PIGs cdna基因的序列分析表明了基因在編碼有關(guān)氨基酸運(yùn)輸，硫胺素的生物合成，短鏈脫氫酶，金屬硫蛋白，細(xì)胞色素P-450單氧酶和肽基-脯氨酸異構(gòu)酶相關(guān)蛋白上存在相似性。粉狀霉菌，銹菌和病毒的侵染會導(dǎo)致非原生質(zhì)體單糖類的水平增加，這種單糖類的增加會導(dǎo)致細(xì)胞壁轉(zhuǎn)

30、化酶變得活躍，這種酶能促進(jìn)蔗糖分解成葡萄糖和果糖。病原菌這種胞壁轉(zhuǎn)化酶的特異性誘導(dǎo)在被感染馬鈴薯Y病毒的煙草葉片上報道，這種病毒能侵染擬南芥造成其葉片出現(xiàn)白色泡狀銹菌并且也能誘導(dǎo)Atfruct1這種胞壁轉(zhuǎn)化酶。,粉狀霉菌侵染擬南芥的葉片也會產(chǎn)生這樣一個關(guān)于糖運(yùn)輸?shù)鞍祝ˋtSTP4）增長的結(jié)果。報道者發(fā)現(xiàn)含有AtSTP4融合了（GUS）啟動子的基因會顯示該啟動子主要活躍在地下組織部分像根和一些非葉片上。然而，粉狀霉菌侵染后在成熟的侵染葉片上會誘導(dǎo)啟動子的活性并且會在六天的實(shí)驗觀察中發(fā)現(xiàn)該啟動子的活性會一直增加。這些表達(dá)模型的改變表明病原菌會扮演一個額外的地下部分組織與植物的地下部分競爭的結(jié)果，這

31、樣會導(dǎo)致宿主植物吸收，再分配會發(fā)生相當(dāng)大的改變。,腐生菌的侵染,植物病原菌的很大一部分都是腐生真菌和細(xì)菌，腐生菌主要是通過在表皮角質(zhì)層小的傷口或者破裂來侵入到植物體內(nèi)或者直接通過氣孔。與寄生菌相比它們繁殖體的萌發(fā)和穿透則需要更多的營養(yǎng)，它們通過過濾植物周圍組織來獲取所需要提供的營養(yǎng)。因此成功的腐生菌的侵染很大程度上依賴于侵染機(jī)構(gòu)的條件。例如，開始衰老的器官與嫩的或成熟的沒有損傷的組織相比更容易被感染，因此，植物組織器官對于腐生菌侵染的易感性在單獨(dú)的宿主植物上從一個器官到另一個器官是會發(fā)生很大的變化。,為了吸取宿主植物的營養(yǎng)，腐生菌增加了植物膜的通透性并且產(chǎn)生出大量的活性酶來破壞宿主的抵抗。不像

32、寄生菌那樣，腐生菌在某種條件下侵染前后能夠殺死宿主細(xì)胞。腐生菌怎樣破壞胞壁的障礙引起了學(xué)者很大的興趣。因為腐生菌通常有很低的纖維素活性，因此植物組織的纖維素微纖維任然完好無損。相反，在植物胞壁上的果膠似乎作為了真菌首先降解的靶子，并且因此大量關(guān)于腐生病原菌的研究焦點(diǎn)都集中在果膠的結(jié)構(gòu)特征上。果膠酶降解中間層，初生和次生壁的果膠，并且為其他的像纖維素酶，蛋白酶，和磷脂酶創(chuàng)建通道。,腐生真菌的侵染,腐生真菌通常生活在植物的殘骸中并且當(dāng)條件適宜病原菌時會引起侵染。如果當(dāng)在接種體上的孢子達(dá)到很高的濃度就會形成自我約束，一些寄生菌則不會萌發(fā)，而腐生菌則能很好的萌發(fā)并且能在很高的孢子濃度的情況下很快的侵入

33、到植物組織內(nèi)部。在一個侵染的葉片上灰霉病的分生孢子的濃度關(guān)于病變的形成有協(xié)同效應(yīng)（成正比）。因此，關(guān)于一些豆類病變的量直接與接種體上孢子濃度成正比，并且低孢子濃度能夠引起小的不擴(kuò)散的病變而高濃度則會使病變迅速的擴(kuò)散。,我們對一些常規(guī)機(jī)制的理解和腐生菌特異毒性的理解都滯后于我們對于其他病原菌毒性的理解。腐生菌在毒性機(jī)制上存在多樣性，包括一些對植物抗微生物化合物（植保素和預(yù)制化合物）的脫毒和細(xì)胞壁的分泌物降解酶，毒素，肽和小分子蛋白質(zhì)。一些分泌酶也是真菌的次級代謝產(chǎn)物，例如一些真菌毒素，這對于腐生菌作為特異性和非特異性來說是特別重要的。在腐生真菌的基因組序列中這些大量的次級代謝物的基因表達(dá)被反應(yīng)出

34、來，例如葡萄孢屬，鐮孢菌，旋孢腔菌屬和稻瘟菌。,灰質(zhì)葡萄孢屬是一種典型的兼性腐生真菌,在許多植物種類中它是灰霉病的病原菌。在1888年，Marshall Ward證明了植物細(xì)胞的衰竭要先于葡萄胞菌的侵入。我們現(xiàn)在知道真菌毒性的復(fù)合物在葡萄胞菌的致病性中扮演著相當(dāng)重要的角色，因此在寄生關(guān)系建立之前不得不殺死宿主的細(xì)胞。特別是，它能引起擬南芥的細(xì)胞的侵染位點(diǎn)膜結(jié)構(gòu)的質(zhì)壁分離和改變，這種變化不是由生長的菌絲所引起的。當(dāng)菌絲仍然在葉片上時病原菌也能誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。局部的質(zhì)壁分離會改變宿主的膜結(jié)構(gòu)并且之后被侵入的細(xì)胞衰弱和壞死會在用綠色熒光蛋白標(biāo)記的擬南芥細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體和細(xì)胞質(zhì)中表現(xiàn)特別明

35、顯。,葡萄胞菌侵入到宿主植物的組織內(nèi)部之前菌絲的生長要滯后于擬南芥膜結(jié)構(gòu)的改變。這些標(biāo)記的條帶清楚的顯示了葡萄胞菌的菌絲侵入到宿主細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)致植物原生質(zhì)膜，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體，葉綠體，細(xì)胞核和細(xì)胞壁的破壞。（圖2.12）顯示了初期的和晚期的葡萄胞菌在擬南芥的葉片上的侵染區(qū)域。真菌的果膠溶酶引起周圍擬南芥葉肉細(xì)胞的質(zhì)壁分離：植物的細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁分離并且會集中到細(xì)胞的中央。,2 . 12. electron micrographs of initial and advanced B.cinerea colonization of Arabidopsis leaves,腐生病原菌通常在侵染的早期階段會分泌

36、一些降解細(xì)胞壁的酶（CWDE s）。因為菌絲的侵染能夠引起表皮細(xì)胞的外層胞壁腫大，而這種胞壁降解酶的產(chǎn)生被認(rèn)為有助于真菌侵染一些在表皮細(xì)胞外層帶有蠟狀物和角質(zhì)層覆蓋物的胞壁。腐生病原菌果膠溶解酶的分泌在侵染入口和傳播過程中有著深遠(yuǎn)的影響。這些果膠溶解酶能先于病原菌的擴(kuò)散并且引起中間層的降解，因此使植物細(xì)胞一個一個的分離。（圖2.12和2.13）擬南芥的葉肉細(xì)胞被生長的菌絲所浸軟。（圖2.13）.,2 . 1 3 . tissue degradation in Arabidopsis leaves colonized by B.cinerea.,在葡萄胞菌孢子萌發(fā)的過程中果膠酶的活動程度和在曲霉

37、菌孢子萌發(fā)過程中果膠酶的活性很相似。曲霉菌是真菌果膠酶生產(chǎn)最高者之一，并且它是應(yīng)用在生物技術(shù)中的果膠酶的重要來源。在葡萄胞菌和曲霉菌孢子的萌發(fā)中果膠酶的活性要明顯高于在它們的菌絲體中。在葡萄胞菌分泌的降解細(xì)胞壁的酶中，帶有基本等電點(diǎn)的內(nèi)切多聚半乳糖醛酸酶是首先分泌酶之一，這種酶的活性能在外層侵染區(qū)域表示為主要探測的蛋白酶原而其他的內(nèi)切多聚半乳糖醛酸酶僅僅能在病變中心被探測到。,因為內(nèi)切多聚半乳糖醛酸酶顯示了浸解和殺死的活動，所以植物細(xì)胞的死亡或許并不僅僅是浸解的結(jié)果。葡萄胞菌的菌絲降解中間層因此能增長細(xì)胞的空間（圖2.12A）。在這些侵染位點(diǎn)真菌菌絲的生長能迅速利用植物的營養(yǎng)，以至于植物細(xì)胞看

38、起來僅僅是葉肉壁和植物細(xì)胞質(zhì)剩余的部分。,正如上面所討論的，在建立侵染時期，成功的促進(jìn)和抑制病原菌的侵染很大程度上取決于宿主和病原菌發(fā)生侵染關(guān)系的接觸面。一個活躍的植物細(xì)胞能對病原菌的侵入做出抵抗的反應(yīng)。植物細(xì)胞緩慢和消極的反應(yīng)則能導(dǎo)致病原菌有效地侵入?；蛐酒夹g(shù)的分析揭示了在侵染位點(diǎn)周圍大量的擬南芥基因表達(dá)的差異。,這些基因很多的編碼MAP激酶，WRKY轉(zhuǎn)錄因子和致病性相關(guān)蛋白都會在病變處被誘導(dǎo)，但是在遠(yuǎn)一些的葉片上則不會表達(dá)或者表達(dá)水平低。這些蛋白表明了具有防衛(wèi)作用?？傮w全面的轉(zhuǎn)錄分析，特異性信使RNA的測量水平以及轉(zhuǎn)入嵌合體GUS啟動子融合物的轉(zhuǎn)基因植物的測光密度計分析都能顯示出與致病

39、相關(guān)基因的誘導(dǎo)，例如在侵染位點(diǎn)周圍PR1，BGL2，PR5 ,PGIP2，GST1和PDF1.2要高于離病變遠(yuǎn)點(diǎn)的組織。,圖2.14表明了僅僅在葡萄胞菌侵染病變的周圍PR1的誘導(dǎo)，而GST1在病變處和離病變處遠(yuǎn)點(diǎn)的葉片上都能被誘導(dǎo)。這些結(jié)果表明了大多數(shù)防御反應(yīng)的活動都會發(fā)生在細(xì)胞的侵染位點(diǎn)周圍，并且其主要的角色就是牽制病原菌的侵染體系。這種在離病變處遠(yuǎn)的葉片上相關(guān)基因的低水平表達(dá)可能是限制二次侵染。這種在宿主和病原菌之間接觸面的植物細(xì)胞的凋亡和壞死會刺激葡萄胞菌的生長和發(fā)展。這種決定抵抗和感病的場所經(jīng)常發(fā)生在侵染前線，這個侵染前線是一個非常小的區(qū)域這個區(qū)域被稱為宿主和病原菌的直接關(guān)系區(qū)。,腐生

40、細(xì)菌的侵染,許多致病性的細(xì)菌都是腐生的。它們通常通過氣孔或傷口進(jìn)入到宿主組織當(dāng)中。這張電子顯微照片顯示了假單胞菌屬綠膿桿菌的在擬南芥LL-O的葉片上葉表皮細(xì)胞氣孔處的堆積物。圖2.15,在侵染到植物組織之后，細(xì)菌會集中在氣孔下腔凹處和細(xì)胞間的空隙中。在侵染的早起階段，除了氣孔下腔凹處的細(xì)胞和受傷細(xì)胞表現(xiàn)出質(zhì)壁分離外大部分細(xì)胞都是完整無損的，這些存在問題的細(xì)胞的細(xì)胞器會被分解。圖2.16 就是假單胞菌屬綠膿桿菌在擬南芥表皮細(xì)胞的堆積，并且通過氣孔侵入到氣孔下腔。細(xì)菌細(xì)胞會黏附在植物表面的氣孔上也會黏附在葉肉細(xì)胞壁和表皮的細(xì)胞壁內(nèi)部巨大的氣孔下腔上。,在侵染后期，細(xì)菌會在細(xì)胞的空隙中增值并且沿著葉片由上往下傳播。實(shí)際上很多表皮細(xì)胞都會由于中間層的破壞而被分離開來，并且隨后細(xì)胞間的空隙會增加相反的細(xì)胞的體積會減小。葉肉細(xì)胞的收縮大多數(shù)可能是宿主細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)被增值的細(xì)菌所吸收的結(jié)果。,細(xì)菌的侵染會對宿主的細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器以及一些位點(diǎn)和組織有很大的影響。宿主細(xì)胞破壞的第一個表現(xiàn)就是在與細(xì)菌的接觸面輕微的質(zhì)壁分離和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)收縮（葉綠體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，和高爾基體）。細(xì)菌的增值會導(dǎo)致宿主細(xì)胞器的重分布，變化以及之后的破解。在之后的侵染過程中，外層葉綠體膜會變得腫脹，并且他們的基質(zhì)類囊體和宿主線粒體嵴也會被破壞。另外它們之間的骨架會被破解，并且細(xì)胞器包括葉綠體在細(xì)胞中會被重新分布。宿主