植物病原菌专题：皮尔斯病与加州的葡萄园 2013 二月 22日 21:49 in featured, 专栏, 植物王国, 自然生态 by PanSci http://bit.ly/121ygie 文 / 罗宾．帖康 （Robin Tecon）加州大学戴维斯分校 博士後微生物研究学家 译 / 威．法 叶缘焦枯病菌3（Xylella fastidiosa ）可不是你所知道的普通细菌，牠可是二O一二年 植物病原细菌的通缉要犯之一！（Mansfield, 2012.http://bit.ly/121yt5a) 这绝非空穴来风：叶缘焦枯病菌可 以感染超过一百种的植物（葡萄、夹竹桃、柑橘、杏仁……），造成严重而且足以让植物 毙命的病徵。木质菌属（Xylella）的细菌会在植物木质部的导管里复制，因此堵塞了水 份的输送。缺乏水份的叶片如同烤焦般乾枯，最後落於尘土。 http://bit.ly/W9T58G 图一、罹患皮尔斯病而凋萎的葡萄叶片。照片由PD-GWSS/CDFA慷慨提供。 在一八九二年时，加州第一位职业的植物病理学家牛顿．皮尔斯（Newton Pierce），首 次描述了这个後来以他的姓氏命名的疾病，可惜他当时并没有成功的分离出病原菌（叶缘 焦枯病菌）。大约在十九世纪末期，一场由皮尔斯病（Pierce’s disease）造成的流行 病，在洛杉矶盆地袭卷了上千公顷的葡萄园。南加州因此折损了大量的葡萄栽培产业；这 就是为什麽今日加州的葡萄园大多分布在北部。然而时至今日，除了砍除罹病的植物之外 ，我们仍然没有任何治疗方法！ 皮尔斯病的散播和媒介昆虫尖头叶蝉（Sharpshooter leafhoppers）1,2 息息相关。叶缘 焦枯病菌栖息在尖头叶蝉的肠道里，尖头叶蝉在吸食葡萄汁液的时候，将细菌传播到植物 的木质部里。（尖头叶蝉栖息在北美洲和南美洲，目前没有在欧洲被发现过，因此欧洲这 个「旧大陆」的葡萄园得以幸存。）沿着加州海岸，皮尔斯病的散播则是仰赖蓝绿尖头叶 蝉（Blue-green sharpshooter leafhoppers）1,2。随着纬度越高、冬天越冷，尖头叶蝉 的活动力也随之降低，皮尔斯病便不再是棘手的问题了。 http://bit.ly/YsIGPv 图二、叶缘焦枯病菌（Xylella fastidiosa）的杆状细胞。照片由杰瑞米．沃伦 （ Jeremy Warren）慷慨提供。 皮尔斯病在加州造成了超过一个世纪的流行病。然而，到了一九九O年代，一种来自美国 东南部的新媒介昆虫褐透翅尖头叶蝉 （Glassy-winged sharpshooter）1,2 占据了加州 ，而且严重恶化了疫情。褐透翅尖头叶蝉和天然的媒介昆虫不一样，牠的吸食习性让皮尔 斯病变成了长期感染。由於皮尔斯病的影响，加州食品农业局在一九九九年资助了一项钜 额的研究计画，该计画由加州大学领导，向皮尔斯病的疫情宣战。在二OO一年到二O一一 年期间，由皮尔斯病控制计画 （Pierce’s Disease Control Program；PDCP)）筹备的 研讨会每年定期举行，分享最新的研究发展，其中加州大学戴维斯分校的成果功不可没。 如何才能控制这个疾病？其实方法很多！首先，控制传播媒介褐透翅尖头叶蝉。这个方法 包括了使用杀虫剂，但是生物防治似乎更有效。生物防治所释放的寄生蜂，能在叶蝉的卵 尚未孵化以前便将其摧毁，大幅度地降低尖头叶蝉的族群。这个防治方法在加州大学河滨 分校的入侵外来种研究中心研究卓着，他们有一段精采的影片来解释这个议题： https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=gdnUXA6ZhGs 加州褐透翅尖头叶蝉危害回顾 另外一种生物防治法是为葡萄接种无毒或弱病原性的叶缘焦枯病菌。这样的细菌只会在植 物身上引发轻微的徵状，但却可以保护葡萄树不被强病原性的菌株杀死。这项研究是由佛 罗里达大学唐纳德．霍普金斯（Donald Hopkins）的团队所发现的成果。 许多关於叶缘焦枯病菌的生物学研究仍在进行，希望能从中发现控制这个细菌的新方法。 叶缘焦枯病菌的基因体定序也已经在二OOO年完成，基因体的资讯包含了许多这个细菌如 何致病的线索。关於叶缘焦枯病菌的分子生物学研究文献如今已是汗牛充栋，杰出的研究 团队包括了加州大学戴维斯分校的布鲁斯．科派翠克 （Bruce Kirkpatrick）、河滨分校 的卡洛琳．鲁伯（Caroline Roper）和柏克莱分校的史蒂芬．林道 （Steven Lindow）。 （Voegel, 2012.http://1.usa.gov/13134iB） 总有一天，我们会找到一个最好的防治方法来阻止叶缘焦枯病菌感染葡萄。但是目前加州 没有任何葡萄品种对皮尔斯病具有抗性。美国东南部有一些带有抗性的品种，透过育种方 法预期将可以让加州的葡萄更具有抗性。这项计画已经由戴维斯分校的安德鲁．沃克（ Caroline Roper）团队完成，但是对酿酒产业而言，维持传统的葡萄品种（如卡本内苏维 翁（Cabernet Sauvignon）、黑比诺（Pinot Noir）、夏多内（Chardonnay）等等）是很 重要的一环，因为这些品种有良好的葡萄品质，并且满足了市场的需求。 由於酿酒业者偏好传统品种，遗传工程也许可以在传统育种之外，提供另一种选择。目前 已经有许多不同的转基因葡萄正在接受皮尔斯病抗性测试，比如在我隔壁实验室的邻居， 布鲁斯．科派翠克团队，研发了一种会在汁液里产生凝集蛋白 (Hemagglutinin)的转基因 葡萄。这是一种源自於叶缘焦枯病菌本身的蛋白质，但是功能却像分子胶水一样，让细菌 在受到感染的导管里聚集，并且限制了细菌在植物体内的复制。这株转基因葡萄品种正在 接受测试。 一样来自戴维斯分校的阿布哈亚 ．丹迪卡 （Abhaya Dandekar）引领着另一种有趣的策 略。阿布哈亚的团队研发了一种会在汁液里辨识叶缘焦枯病菌的复合蛋白。复合蛋白的其 中一部分是会辨识细菌外表构造的酵素，而另一部分则是会在细菌细胞膜上打洞的分解胜 肽；两个部分合作的结果可以有效杀死木质菌属的细菌！这种新兴的复合蛋白威力无穷， 不只可以对付皮尔斯病，在其他植物或动物的病害上都有发展潜力。 (Dandekar, 2012. http://bit.ly/WheV4X) 多元化的研究为控制皮尔斯病的方法提供了诸多的选择。归功於许多葡萄园的长期努力， 妥善的管理并在葡萄罹病初期就立即砍除，目前皮尔斯病的散布已经受到局限。但是要将 叶缘焦枯病菌从十大要犯的名单中剔除，仍需要很多的努力。加州的科学家们正努力朝着 这个方向迈进！ 更多详细资料和影片，请参考皮尔斯病－褐透翅尖头叶蝉网站（PG-GWSS Board）以及皮 尔斯病官方网站（Pierce’ Disease.org）。 参考资料 Hopkins D. L, and Purcell A. H. (2002). Xylella fastidiosa: Causes of Pierce’ s disease of grapevine and other emergent diseases. Plant Disease Vol. 86, pp. 1056-1066. http://apsjournals.apsnet.org/doi/pdf/10.1094/PDIS.2002.86.10.1056 Galvez, L.C., Korus, K., Fernandez, J., Behn, J.L., and Banjara, N. (2010). The Threat of Pierce’s Disease to Midwest Wine and Table Grapes. APSnet Features. doi:10.1094/APSnetFeature-2010-1015. http://www.apsnet.org/publications/apsnetfeatures/Pages/Pierces.aspx Mansfield J. et al. (2012). Top 10 plant pathogenic bacteria in molecular plant pathology. Molecular Plant Pathology Vol. 13, pp. 614-629. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1364-3703.2012.00804.x/pdf Voegel T. M. et al. (2012). Identification of a response regulator involved in surface attachment, cell-cell aggregation, exopolysaccharide production and virulence in the plant pathogen Xylella fastidiosa. Molecular Plant Pathology DOI: 10.1111/mpp.12004. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mpp.12004/abstract Dandekar A. M., et al. (2012). An engineered innate immune defense protects grapevines from Pierce disease. PNAS Vol. 109, pp. 3721-3725. http://www.pnas.org/content/early/2012/02/13/1116027109.abstract Pierce’s disease Research Progress Reports (2012). Pierce’s Disease Control Program, CDFA. http://www.cdfa.ca.gov/pdcp/research.html 延伸阅读 段淑人等。Xylella fastidiosa 的媒介昆虫生态学与传病机制。农作物害虫及其媒介病 害整合防治技术研讨会专刊，第51-62页。 http://ir.tari.gov.tw:8080/bitstream/345210000/3568/2/publication_no152_05.pdf 苏秋竹等。台湾葡萄皮尔斯病及媒介昆虫研究现况。农作物害虫及其媒介病害整合防治 技术研讨会专刊，第25-50页。 http://public.tactri.gov.tw/pdf/2011/%E8%B7%A8%E7%B3%BB/%E5%8F%B0%E7%81%A3%E8%91%A1%E8%90%84%E7%9A%AE%E7%88%BE%E6%96%AF%E7%97%85%E5%8F%8A%E5%AA%92%E4%BB%8B%E6%98%86%E8%9F%B2%E7%A0%94%E7%A9%B6%E7%8F%BE%E6%B3%81.pdf 缩：http://bit.ly/VDd654 叶缘焦枯病菌（Xylella fastidiosa）。全球入侵外来种资料库（Global Invasive Species Database ）。 http://www.issg.org/database/species/ecology.asp?si=326&lang=TC 原文转载泛科学PanSci.tw 植物病原菌专题：皮尔斯病与加州的葡萄园 2013 二月 22日 21:49 in featured, 专栏, 植物王国, 自然生态 by PanSci 文 / 罗宾．帖康 （Robin Tecon）加州大学戴维斯分校 博士後微生物研究学家 译 / 威．法 http://pansci.tw/archives/36871 --

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