研究人员分析了细菌对抗咖啡锈病的性能

FAPESP 支持的一项研究分析了一种细菌对真菌 Hemileia vastatrix的生物控制潜力，这种真菌会导致咖啡生锈，这是巴西咖啡种植者面临的主要挑战。有关该研究的一篇文章 发表 在 BMC 微生物学杂志上。

咖啡锈病的症状是植物叶子上出现黄色斑点，如烧伤痕迹。这种疾病会损害光合作用，使树叶枯萎并阻止产豆樱桃生长，直到树像骨架一样。它通常通过使用铜基杀虫剂来控制，这会对环境产生不利影响。

“这是一项基础科学研究，我们着手了解栖息在咖啡树叶子上的细菌的行为。首先，有几种化合物对细菌有害，可用于攻击它们，” 该文章的最后一位作者Jorge Maurício Costa Mondego说。Mondego 是坎皮纳斯农学研究所 (IAC) 植物遗传学中心的一名研究员。他拥有巴西圣保罗州坎皮纳斯州立大学 (UNICAMP) 的遗传学和分子生物学博士学位。

“其次，树叶是承受巨大环境压力的环境，例如阳光和雨水。我们想了解生活在咖啡叶上的细菌如何承受咖啡植物产生的化合物以及雨水和阳光的压力，”他说。

除了这个基础科学前沿，该研究还解决了应用科学的挑战。研究人员决定查明栖息在咖啡叶中的细菌是否可以对抗导致咖啡生锈的真菌。第一步包括识别 由 FAPESP 和巴西农业研究公司 (EMBRAPA) 资助的巴西咖啡基因组计划 (Projeto Genoma EST-Café) 生产的小粒咖啡 和 C. canephora的表达序列标签 (EST)。

“我和 UNICAMP 教授 Ramon Vidal一起是一篇文章的第一作者，我们在这篇文章中汇编了C. arabica表达的序列。它 发表 于 2011 年。我们当时还没有考虑宏基因组学，但我们就是这样做的，或多或少是偶然的，”Mondego 说。

意外宏基因组学

研究人员在咖啡叶 EST 中发现了他们认为受到污染的序列。“我们获取了这些序列，将它们输入数据库，并得出结论认为它们似乎来自 假单胞菌 属，一种细菌属。”Mondego 说。“这激发了我们研究小组的好奇心，该研究小组由 UNICAMP 教授贡萨洛·佩雷拉 ( Gonçalo Pereira ) 领导。我们问自己，如果我们无意中做了宏基因组学怎么办?这些细菌真的生活在咖啡叶上吗?”

当时，Mondego 已经是 IAC 的研究员。几年后，他得以与发表在BMC Microbiology上的文章的第一作者 Leandro Pio de Sousa 联手 。Sousa 是一名获得科学启动奖学金的学生，现在拥有 UNICAMP 的遗传学和分子生物学博士学位。

“我邀请 Leandro 与我一起进行这项研究，该研究旨在了解 假单胞菌是否 真的生活在咖啡叶上。如果是这样，则先前的发现将得到证实。他立即同意了，”Mondego 说。

他们从咖啡叶中分离出细菌并将它们放入培养基中。在紫外光下，可以表征 假单胞菌，它看起来是紫色的，很容易在培养基中被挑选出来。“我们收集了细菌，提取了它们的 DNA 并对其中一个进行了测序，我们将其命名为 MN1F，”他说。

他们对 MN1F 有了一些有趣的发现，它的分泌系统反映了它在充满真菌和其他细菌的恶劣环境中生存的需要。“分泌系统产生抗菌和抗真菌化合物。这表明它可以用于生物控制，”他说。他们还检测到许多与防止水分胁迫相关的蛋白质。

下一步需要进行生理学实验，在不同的培养基中培养细菌，以证实研究人员对基因组的观察。“生物学实验证明了几个推论是正确的。我们证明这种细菌确实具有相当大的能力来承受强大的渗透压，这可以被认为类似于干旱对咖啡叶的影响，”Mondego 解释说。“此外，MN1F 能够降解对其有害的酚类化合物。它从植物中分解这些化合物，并将它们转化为自身生存所需的物质。”

然后，研究人员进行了一系列测试，以确定 MN1F 是否可用于生物控制，防止或抑制 H. vastatrix的发展，H. vastatrix是一种导致咖啡生锈的真菌。测试在温室和实验室条件下进行，包括试图抑制真菌的体外发芽。在所有的实验中，细菌被证明能够抑制孢子(繁殖单位)和菌丝体(含有真菌遗传物质的丝状网络)的发育。