抗藥性的基因是由細菌的哪裡傳播

Question

抗藥性的基因是由細菌的哪裡傳播< DNA之傳播方式>

Answer 1

主要的方式有三種transformation  transduction  conjugation解釋在下面囉基因的轉移和重組1. 轉化(transformation): 活菌吸收周圍環境中的DNA或細菌破潰後溶出的DNA片段, 通過基因重組而得到新的性狀稱爲轉化。例如無毒力的ⅡR型肺炎鏈球菌的DNA變爲有毒力的ⅢS型肺炎鏈球菌。   1928年, 格裏菲思, F(Fred Griffith)發現一種非致病性的R 變種可以通過以下途徑轉化爲致病性的S型。他將活的R型和經加熱殺死的S 型肺炎球菌混合液注入小鼠。驚人的發現是:這種混合液使小鼠致死, 而單獨活R型或經加熱殺死的S 型都不能使小鼠死亡。在致死的小鼠血液中發現了活的S型肺炎鏈球菌。因此, 加熱殺死的S型肺炎球菌以某種方式將活的R型轉化成了活S型肺炎球菌。 這一轉變是永久性的:轉化的細菌還能産生致病性的S型後代。   1944年Avery證實引起轉化的物質是DNA。應用DNA酶處理,可破壞轉化作用。這項工作是生化發展史上的一個里程碑, 第一次精確地證明DNA是遺傳的物質基礎。   轉化過程大致如下:(1)受體菌能從環境中攝取DNA的能力稱感受態(competence), 感受態由染色體基因編碼, 在一定條件下才能啟動。肺炎鏈球菌的感受態出現在對數生長後期, 從出現到消失約持續40分鐘。加用Ca2+與Mg2+處理可增加細胞壁攝取DNA的能力。(2)肺炎鏈球菌的感受態表現爲能分泌感受態因數。 這種因數誘導培養物的許多細胞合成多種爲轉化所需的特異蛋白質, 其中之一爲自溶素。這種物質可暴露細胞膜的DNA結合點。存在於培養基中的任何DNA都可被結合、攝入。吸附在細菌表面的雙股DNA中有一股被核酸內切酶切斷, 由核酸外切酶降解, 另一股進入細胞。(3)進入細胞的DNA若與受體細胞DNA的一部分有同源性, 則同源的可與染色體DNA重組合, 不同的被降解。(4)外源DNA與染色體DNA的同源序列重組, 但兩股DNA不完全互補。在複製時, 各配一互補股。細菌分裂後, 一個子代細胞, 帶有供體菌的DNA片段, 並獲得相應的性狀; 另一個則維持原有性狀。2. 轉導(transduction): 以噬菌體爲媒介, 將供體細菌的部分遺傳物質傳遞給受體菌的過程。   噬菌體根據其增殖方式可分爲毒性噬菌體和溫和噬菌體兩類。毒性噬菌體只有一種增殖方式, 在細菌內增殖後, 使細菌裂解。溫和噬菌體有兩種增殖方式, 除能使細菌裂解放出新噬菌體外, 還可以將噬菌體的DNA與細菌DNA整合, 隨細菌而分裂, 稱溶原期。細菌的轉導又分爲普遍性轉導和局限性轉導。普遍性轉導與溫和噬菌體的裂解期有關; 局限性轉導與溫和噬菌體的溶原期有關。   只有溫和噬菌體才能介導細菌的轉導, 溶原菌可自發或在某些化學物質或紫外線的作用下, 進入溶菌周期。由於前噬菌體的不同形式可引起兩種轉導─普遍性轉導和局限性轉導。(1)普遍性轉導(general transduction): 當前噬菌體在宿主細胞內增殖, 使細菌進入溶菌周期時, 核酸酶剪切染色體成爲DNA片段, 噬菌體複製進入裝配階段, 誤將染色體DNA片段, 裝入噬菌體外殼內, 由此形成轉導性噬菌體(假噬菌體),轉導性噬菌體感染另一敏感菌,注入DNA,從而完成了供體菌DNA進入受體菌的轉導作用。這種轉導過程, 供體菌DNA的任何片段都有同等的機會被裝入噬菌體外殼內, 繼而進入受體菌,故稱普遍性轉導。   供體菌DNA片段進入受體菌可發生三種不同的結果: ① 非同源的可被降解; ②同源的與染色體重組, 隨染色體複製而傳代; ③ 有些外源性DNA不能被重組, 但也不受降解, 形成穩定的環狀結構。這種結構不能自主複製, 所以只能以1/2, 1/4, 1/8¨¨¨的機會在不同子代細胞中存在。這種轉導稱流産轉導。(2)局限性轉導(specific transduction): 前噬菌體整合在染色體的特定位點稱附著點(attachment, att)。當溶原菌進入溶菌周期時, 前噬菌體從染色體脫離。正常情況脫離的只是噬菌體的基因組。有時也會發生誤差, 噬菌體基因從染色體脫離時攜帶了一段與att點相鄰近的染色體基因, 又將自身的基因遺留一部分在染色體上。因而形成有缺陷的噬菌體基因組。當噬菌體完成複製後,再次感染細菌,缺陷的噬菌體基因整合到新宿主的染色體,使原供體菌的特定位點的基因轉入受體菌。噬菌體攜帶的染色體基因只能是附著點附近的基因,不可能是其他基因,所以稱局限性轉導。3. 溶原性轉換: 是侵入細菌的噬菌體在溶原期可以以前噬菌體形式在細菌內與細菌的染色體發生重組, 導致細菌的基因型發生改變。溶原性細菌可因之而獲得新的特性。如無毒白喉桿菌感染β棒狀桿菌噬菌體, 便産生白喉外毒素。A 組溶血型鏈球菌受噬菌體感染發生溶原性轉換能産生紅疹毒素。4. 接合(conjugation): 兩個細菌細胞相互接觸, 由一個供體菌(雄性菌) 直接將DNA輸入另一個受體菌(雌性菌), 並與受體菌DNA整合引起的基因轉移。   接合時, 雄性菌借性菌毛與雌性菌形成接合對, 兩個菌體間通過菌名出現暫時的溝通。F因數一條鏈斷開, 經接合管進入F-菌, 通過滾環複製,方式進行複製發生分別在供體和受體菌內形成新的F因數。於是, 原來的F-菌變成了F+菌。5. 質粒與傳遞: 質粒對決定細菌的耐藥性、毒性、抗原性等生物學特性和決定能否將這種特性轉移給另一細菌均有重要意義。質粒可分接合性質粒與非接合性質粒兩類。前者可通過接合轉移, 後者不能, 但可經噬菌體轉導而將質粒傳入其他細菌體內。接合性質粒有F質粒、R質粒、Col質粒、毒力質粒等。6. 轉座因數: 轉座因數是細菌內DNA序列的一個片段, 可以在染色體或;質粒中隨機轉移, 被插入部位的基因即失去活性。當轉座因數從插入部位脫落時, 往往可將兩側的DNA序列帶出。轉座因數在結構上分兩個部分: 一個中心序列和兩個末端反向重復序列。

Answer 2

希望對你有幫助

草類保護性內生菌



蔡竹固 譯



前言



在美洲、澳洲及紐西蘭的草原，所種植的草種存在著內生菌(endophytes)，能夠保護草類免於乾燥、線蟲、真菌性病原、昆蟲，但也不利於草食性哺乳動物（grazing mamals）之取食，因其會造成家畜之中毒（toxicosis）。自Sampson（1933）報導Epichloë typhina（Pers.）Tul.系統性感染草類以來，由於其對於家畜有害的影響，所以促使學者們對其共生現象（symbioses）加以研究。最近二十年內，對於其共生現象之知識的累積：二次代謝物化學、生態學、演化、遺傳學和分子生物學皆有所進展。經由分子遺傳技術的應用，讓人類能夠減低或去除其對家畜中毒的影響，而仍能繼續利用其生物保護之能力（bioprotective qualities）。



內生菌的益處



最有名的內生菌是Epichloë Tul.，它的無性世代為Acremonium，現今改歸於Neotyphodium。事實上，內生菌表現出顯著地促進草類寄主的適合度（fitness）（圖1）。內生菌在羊茅（tall fescue, Festuca arundinacea var. genuina Schreb.）及黑麥草（ryegrass, Lolium perenne L.）上被報導。內生菌的無性世代，主要經由病株上被感染的種子而傳播。



在黑麥草－Neotyphodium lolii （Latch, Smuels, & Christensen） Glenn, Bacon, & Hanlin的組合，該內生菌能夠促進分蘗（tillering）及根生長（root growth），耐乾旱（drough tolerance），也能保護黑麥草對抗某些線蟲（nematodes）、真菌性病原（fungal pathogens）、植食性昆蟲（insect herbivores）和草食動物（mammalian herbivores）。



內生菌的生活史



Epichloë或Neotyphodium有二種傳播方式（圖2及3），許多的種之無性世代會系統感染而經由罹病母株→被感染種子之垂直傳播（verticle transmission）（圖3B）。產生有性世代的菌種能夠經由一病株而將子囊孢子傳播至鄰近未罹病植株的花器，發育為感染的種子（infected seeds）。而某些Epichloë種可經由此二種方式而傳播。Choke disease（圖3C及CD）的病害環中，Epichloë病原菌同時擁有二種傳播方式。Choke disease只影響系統性感染的植株，且是唯一巨視的病兆（macroscopic sign）。在花序自孕穗期抽出前，病原感染了整個花序和周圍的葉鞘，形成一產孢的子座（a conidiogenous stroma）（圖3C），而被感染的花序便不再發育。Choke是此病原唯一表現的外在病兆，也是寄主呈現在外的病徵。到目前為止，所有調查過的Epichloë菌種都是異體結合（heterothallic），且有兩個相對應的配對型（mating types）。一種蠅類（Phorbia sp.）在Choke取食且產卵，因而在Chokes之間傳播精子（spermatia），促使本菌配對。數週後，有性的子囊孢子從成熟的子囊果內（ascoma）強力放射出來。當子囊孢子掉落在草類小花，則能發芽生長經由柱頭而到達胚珠（ovule），由此子囊孢子之水平式的傳播，形成被感染的種子（infected seeds）。無性世代的Neotyphodium菌種可能只經由垂直式傳播，Latch ＆ Christensen（1985）指出只在有傷口、控制生長環境下，才能以無性孢子成功地接種，沒有傷口的幼苗並不會被感染。



Leuchtmann ＆ Clay（1990）經由同功異功酵素變異（isozyme variation）分析，tall fescue被引進北美至今，內生菌的遺傳組成仍然相當均一（genetic uniformity），顯示Epichloë子囊孢子的水平傳播甚少在自然界發生。而Epichloë和Neotyphdium的超感染（super infection, 同時感染simultaneous infections）現象，在歐洲和北非的tall fescue endophytes發現種間雜交（interspecific hybridization），而獲得證實。

Schardl et al.（1994）也指出在黑麥草的內生菌Epichloë typhina中，有一少見的基因型（genotype），雖然其大多數內生菌都相似於Neotyphodium lolii，且和Epichloë festucae緊密相互關聯。



有性Epichloë菌種的演化



為了瞭解Epichloë和Neotyphodium的種間雜交情形，首先必須要能辨別非雜交種（nonhybrid）的DNA序列關係（DNA sequence relationships）。Leuchtman et al.（1994）嚐試經由Epichloë的配對，以瞭解其有性親合性（sexual compatibility）。經由下列三項特性，可以瞭解本菌的演化過程（evolutionary processes），即遺傳隔離（genetic isolation of biological species, 配對族群mating populations）、與草類寄主的共同種形成（cospeciation）和種間雜交（interspecific hybridization）。



到目前為止，Epichloë存在有9個配對族群，且經由分類學之研究，又能歸類出4個種，其中Epichloë amarillans和E. baconii可能等同於配對族群Ⅳ和Ⅴ。這兩種和草類Agrostis、Calamagrostis及Sphenopholis（皆屬於tribe Aveneae）有關，但是配對族群Ⅳ是北美（North American）種，而配對族群Ⅴ是歐亞大陸（Eurasia）種。另一個歐亞大陸種是E. festucae，等同於配對族群Ⅱ，且和許多的Festuca有關連。未被敘述種名的配對族群是Ⅲ、Ⅷ和Ⅸ為北美種，Ⅵ和Ⅶ是歐亞大陸種。配對族群Ⅲ和Elymus及Hystrix有關，Ⅵ和Bromus，Ⅶ和Brachypodium sylvaticum有關，Ⅷ和Glyceria striata，Ⅸ和Brachyelytrum erectum有關。配對族群Ⅰ是非常複雜且有疑問的，此一歐亞大陸配對族群含許多歧異的DNA序列、形態和寄主專一性的菌系（strains）。



配對族群Ⅰ包含二個形態種（morphospecies），即E. clarkii和E. typhina，前者的子囊孢子在由子囊殼射出前，中間的一個隔膜不連接（disarticulate），而後者仍然能夠保持完整。這種分法是很含糊的，且二者之間是可孕的（interfertile）。不過E. clarkii局限於寄主Holcus lannatus，而E. typhina可自Anthoxanthum odoratum、Brachypodium pinnatum、orchardgrass（Dactylis glomerata）、多年性黑麥草、timothy（Phleum pratense）和bluegrasses（Poa spp.）分離到。藉由DNA序列資料和同功異構酵素圖譜（iszyme profile），可知E. clarkii在自然界除了人工配對時相互可孕性之外，其和E. typhina之間有遺傳隔離現象。就E. typhina的不同寄主來源，orchardgrass、timothy或bluegrass之間並無遺傳隔離，而在B. pinnatum、A. odoratum和多年性黑麥草間，則顯示為遺傳隔離的族群。如何保持E. clarkii和配對族群Ⅰ的其他群間呈現遺傳隔離的原因，仍不清楚，不過就寄主專一性以及共生性Phorbia蠅的種或生理小種之專一性而言，就很有可能。Epichloë仰賴寄主草類提供小生境（growth niche）以及Phorbia蠅幫忙受精作用而允許其水平傳播（contagious spread）。不過，DNA序列顯示E. typhina（配對族群Ⅰ）和B. sylvaticum共生體（配對族群Ⅶ）之間的物種形成（speciation），並不依循進化枝模式（cladistic model）。在進化枝的物種形成，一個祖先種（ancestral species）將被兩個遺傳隔離的子代種（daughter species）所取代。但配對族群Ⅶ是由E. typhina（圖4）之內源起，因此E. typhina和B. sylvaticum共生體之間是側線系的（paraphyletic），而配對族群Ⅰ和Ⅶ之間形成了一進化枝。由tub 2之種系發育（phylogeny），配對族群Ⅶ非常接近於來自B. pinnatum的E. typhina菌系，這可能是由於寄主同屬的（congeneric）關係。不過，來自B. pinnatum的菌株和配對族群Ⅰ為相互可孕的，而和Ⅶ則無，但此菌株像其他配對族群Ⅰ品系，能夠在寄主上形成choke，但是無法垂直傳播。反之，B. sylvaticum共生體能夠經種子垂直傳播，且能和B. pinnatum之共生體或其他配對族群Ⅰ菌系相互可孕的。經由tub 2和rDNA序列分析，E.typhina－E. clarkii－配對族群Ⅶ進化枝的根（root）和整個屬的根非常接近，配對族群Ⅰ和Ⅶ可能是Epichloë的“活化石”（living fossils）。



E. typhina為配對族群Ⅰ之歐亞大陸種，配對族群Ⅷ只能從北美草類G. striata分離得到。然而，二者之間的rDNA序列非常相似，且粒線體質體Callan只能在配對族群Ⅰ和Ⅷ內發現到，不過二者在tub 2序列上的關連，並未被證實，rDNA和tub 2的種系發生上之不協調，顯示配對族群Ⅷ是一種間雜交種（interspecific hybrid）。



草類－Epichloë共同種形成（cospeciation）



草類及其共生菌的分子種系發生（molecular phylogenies）顯示，共同種形成是Epichloë演化上重要的趨勢，這樣的共同種形成必須是舖散的（diffuce），因為Epichloë並不單獨寄生於一種草類，而是局限於同一族（tribe）的草類。根據寄主葉綠體基因組，可將其區分為七個族，即Poeae，包括Dactylis、Holcus、Festuca、Lolium和Poa，‚Aveneae，包括Agrostis、Anthoxanthum、Calamagrostis、Phleum和Sphenopholis，ƒTriticeae，包括Elymus和Hystrix，„Bromeae，僅有Bromus。其中，Poeae和Aveneae是姊妹族（sister tribes），Triticeae和Bromeae是姊妹族。…Meliceae含有Glyceria，†Brachypodieae含有Brachypodium，‡Brachyelytreae只含有一種B. erectum，ˆStipeae（Stipa spp.）則僅含有許多無性內生菌（asexual endophytes）。前四者是頂部群（crown group），後三者為底部群（root group）。



經由頂部群之Epichloë之tub 2基因的種系發生（圖5）情形，知道和Poeae及Aveneae姊妹族有關的三種內生菌為E. festucae、E. amarillans和E. baconii（分別屬於配對族群Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ）。二個姊妹種(Epichloë sp.)－配對族群Ⅲ和Ⅵ－分別與寄主姊妹族Triticeae和Bromeae共生。tub 2種系發生的中點根（midpoint rooting）顯示三個底部種(Epichloë sp.)－配對族群Ⅶ和Ⅸ分別和底部寄主群Brachypodieae及Brachyelytreae有關聯。rDNA序列的種系發生關係證實和七種Epichloë配對族群之tub 2種系發生相符合。這七種Epichioë的種系發生正如它們寄主種系發生的鏡像（mirrors）。



不過配對族群Ⅰ和Ⅷ，並無類似其他Epichloë與寄主的共同種形成現象。這兩個配對族群擁有不同的基因種系發生（phylogeny），所以有不尋常的演化起源。在配對族群Ⅷ，其共同種形成現象可能被種間雜交所掩蔽，其rDNA種系發生支持共同種形成，然而tub 2則不一致，在配對族群Ⅰ，則因其並未專一於某一寄主種、屬或群（圖5），所以也就無共同種形成，其寄主含括Poeae和Aveneae姊妹族以及另一底部根族Brachypodieae。雖然某些E. typhina的單獨基因型已經專一化於某一寄主屬或種，不過並不因此而造成演化上的配對遺傳障礙（genetic barriers）。所以，歧異的E. typhina基因型及E. clarkii仍舊保留於單一配對族群。



將配對族群Ⅷ當做一種間雜交種，仍屬暫時性，因為必須測試更多的基因。在植物種存在著非常普遍的雜交種起源（hybrid origins），最近在動物雜交種亦獲得證實。然而，目前僅有少數雜交種真菌的例子，真菌雜交種Epichloë的無性世代後裔，將於下節討論。



無性內生菌的演化



無性Neotyphodium內生菌擁有許多Epichloë可經由罹病母株之感染的種子而傳播至下一代的特性。與其有性者（sexual relatives）的差別就在於缺乏有性世代，所以無法水平傳播。不過無性及有性內生菌間的演化關係並不單純。



N. lolii和多年性黑麥草（親緣接近於fescue）共生，E. festucae從多年性黑麥草上很少見到有性世代，即使將E. fescue菌株人工接種到多年性黑麥草，也不會形成choke階段，顯示多年性黑麥草會抑制choke的形成，即使自然感染亦同。不過，黑麥草並不抗choke病害。E. typhina亦會自然感染黑麥草，且感染其花序形成choke。此外，當N. lolii的不同基因型去和E. festucae之子座配對時，皆無法形成子囊孢子，可知，N. lolii演化成為真正的無性內生菌。



雖然E. typhina透過種間雜交而演化，但沒有證據顯示無性內生菌是直接源自E. typhina的後裔。在來自黑麥草的E. typhina和二種無性內生菌（N. lolii及罕見的LpTG-2）存在著三角關係（圖6A），許多E. typhina和N. lolii單拷貝基因（single-copy gene），在LpTG-2重複出現。經由同功異構酵素圖譜和DNA序列分析，這些基因拷貝來自於不同的Epichloë種，而N. lolii和E. typhina可能是其祖先。電泳核型分析（electrophoretic karyotype analysis）也顯示LpTG-2遠較N. lolii、E. festucae或E. typhina來得複雜。LpTG-2顯然是雙元體（diploid）或近雙元體，由該二種雜交而來。



Tall fescue擁有許多歧異的共生性Neotyphodium，都是屬於種間雜交種（interspecific hybrids）。其中一種為N. coenophialum，其他則可粗略地歸為FaTG-2和FaTG-3兩群。種間雜交種源自於FaTG-3和其他二種間的雜交。至少有4種Epichloë或Neotyphodium被鑑定為tall fescue內生菌的祖先。N. coenophialum的三個可能祖先為Neotyphodium uncinatum、E. baconii、E. festucae（圖6B）。其中，N. uncinatum從maternal meadow fescue（Festuca pratensis）進行雜交產生六倍體（hexaploid）之tall fescue時而導入。經由兩次的子囊孢子感染，早期的tall fescue-N. uncinatum共生體產生了N. coeophialum。有關FaTG-2的祖先為E. festucae和E. baconii，而FaTG-3是由E. baconii或FaTG-2和E. typhina雜交而來。



在tall fescue-N. coenophialum共生體（symbiotum）中，含有一雜交植物和雜交真菌的核，加上植物的粒線體、葉綠體和真菌粒線體的基因組。除了植物的核，所有基因都由母系而無性地傳遞至下一代。而在N. uncinatum，被認為是一古老雜交種（ancient hybrid）。



生物鹼與家畜中毒



某些內生菌的保護特性乃因其生合成抗昆蟲和抗哺乳動物的生物鹼（alkaloid），已知4類生物鹼和內生菌有關：麥角生物鹼（ergot alkaloid，如lysergic acid和ergovaline）、indolediterpenes（如paxilline和lolitren B）、pyrrolopyzine（peramine）及飽和的aminopyrrolizidnes（loline, norloline, N-acetylloline和N-formylloline等，通稱為"lolines"）。除了lolines之外，其他三類生物鹼都可在內生菌純粹培養時形成，但以在植物體產生較為穩定。所有4類生物鹼都能夠表現抗昆蟲特性，除了peramine之外，其餘都能抗哺乳動物。其中，peramine和lolines用於抗昆蟲及indolediterpenes和ergot生物鹼用於抗草食哺乳動物最有潛力。Lolitrem B和“黑麥草暈倒症（ryegzass staggers）”有關，在紐西蘭綿羊取食多年性黑麥草後，普遍發生黑麥草暈倒症。Ergovaline和許多的牲畜（cattle）取食被N. coenophialum感染之tall fescue有關，發生“fescue中毒（fescue toxicosis）”，其病徵表現和牲畜的生理狀況及極端溫度有關。例如，在夏天熱逆境（heat stress），牲畜無法控制體溫和水分平衡，吃得少，且表現脂肪壞疽（fat necrosis）；在寒冷情況下，牲畜外肢壞疽（gangrene of limbs），可能是由於ergovaline的血管收縮（vasoconstrictive）能力，使得血液循環減低。ergovaline也會減低生乳（lactation）和生育力（fertility），特別是造成馬的胎體異常（fetal abnormalities）、流產（miscarriage）和死產（stillbirths）。



Epichloë和Neotyphodium能夠內生於植物體，但在營養組織（vegetative tissues）中，菌絲體大多集中或接近於冠部分生組織（crown meristems），所以最大的取食保護效果是存在於生長點。Hill et al.（1990）發現內生菌感染的tall fescue較未感染者之根冠來得深（7-11 mm），根冠較大，分蘗也較多。Read & Camp（1986）也指出被內生菌感染的牧場，取食後的牧草再生長（regrowth）能力較低感染者為強。在紐西蘭，Rowan & Latch（1994）報告內生菌感染的根冠部也可保護免於Argentine stem weevil（Listronotus bonariensis Kuschel）幼蟲的為害。內生菌甚少存在於葉片，此可改善牧場牲畜中毒問題，不過，當取動物處於過熱或過冷逆境時，中毒就會成為嚴重的問題。



內生菌之菌絲貫穿糊粉層（aleunone layer），而甚少存在於胚（embryo），如此可以保護種子。而牲畜甚少取食穗部（seed heads），而且乾草（hay）早在開花結籽前就已收割。不過麥角病菌（Claviceps purpurea（Fr.）Tul.）常感染一些開放授粉（open pollinated）草類，其由土中的麥角做為病原菌殘存構造，且由小花至小花地傳播，麥角中的生物鹼含量極高，因此，應保持草類之營養組織生長，且避免過度取食（over-grazed）。



如何舒解或排除由內生菌感染草類之後所引起的牲畜中毒，有許多不同因應之道。最初的嚐試是種植無內生菌的草類品種，但並無法全面實行，想要取代全美國147百萬公頃感染內生菌的tall fescue，極為困難。因其大多長於高山或邊緣未集約管理之土地。無內生菌的草類則耐逆境能力變差，Gwinn & Gavin（1992）報告其幼苗對Rhizoctonia極為感病。此外，無內生菌的草類對於取食壓力（grazing pressure）的耐性降低。其他的補救方法，例如添加thiamine以減低中毒、麥角生物鹼免疫接種（vaccination）、選出產毒較低的內生菌或草類之基因型，或透過內生菌的遺傳工程等。



遺傳工程與牲畜中毒之研究



無內生菌的草類可透過育種方法去增加其耐旱、抗昆蟲、線蟲和病原的能力。首先可經由殺菌劑處理植株或熱處理種子，得到無內生菌的植物材料。然後再接種恰當的內生菌（desired endophytes）於幼苗。這方法有其優點，不過草類－內生菌親合性可能受到遺傳播遷（genetic drift）或無意的選擇（inadvertent selection）的影響，例如抗病性基因的多效性（pleiotropic effect）而降低。此外，維持再感染恰當內生菌的植株數目，才能避免遺傳瓶頸或播遷，才不會影響該草類品種的特性。最後，再接種內生菌對於植物生理和篩選特性的影響，可能很複雜且難以預估。



並非所有的內生菌都與牲畜中毒有關，在美國德州，一年生黑麥草接種了一種Neotyphodium內生菌，能夠促進產量10%，且對取食動物無不良影響。在meadow fescue並未察覺有N. uncinatum造成的家畜中毒，在其共生體並未偵測到抗哺乳動物的麥角生物鹼和indolediterpenes。即使在tall fescue和多年性黑麥草內生菌的自然族群中，產生生物鹼的情形亦有變化，可以加以利用。



基因轉殖技術已被應用於tall fescue和多年性黑麥草之內生菌，也專一性地解決了造成牲畜中毒生物鹼問題，且仍能保留住野生型內生菌的許多優點。麥角生物鹼和indolediterpenes的生化代謝途徑極為複雜，能夠針對關鍵步驟的基因加以改變，而消除這些生物鹼。首先下手的是針對麥角，因為對於其生物鹼的合成代謝，人們在C. purpurea上已非常瞭解。其第一步驟，乃是由2種細胞組成分合成為4-γ,γ-dimethylallyltryptophan，其酵素已被純化，基因（dmaW）已被選殖（cloned）及解析。一同質的dmaW自N. coenophialum被選殖，其最終目標乃利用基因分裂技術（gene disruption techniques）達到去除dmaW基因的表現。



導入外來DNA，可以借助組織學標識（histological marker）如β-glucuronidase來偵測基因已轉殖之內生菌（transgenic endophytes）於培養物（圖7）或植物體中，此技術在未來甚至於可利用於導入蘇力菌（Bacillus thuringiensis）δ-toxin，以保護植物免於蟲害。



另一可能的進展是有關Epichioë內生菌的育種，透過相互可孕菌系，能夠以傳統孟德爾遺傳分析其方式，如此控制生物鹼表現的基因可被鑑定。例如經由E. typhina菌系間配對和回交（backcrosses）已瞭解到是由單一基因座（locus）控制著peramine的表現。E. festucae可經由種子傳播，甚少產生choke，不同菌系間生物鹼產生情形不同，非常適合於進行遺傳分析。



目前，去除內生菌產生生物鹼基因的工作目標乃是測試牲畜中毒的發生情形和其寄主適合度。只有當這內生菌清楚地表現對牲畜和野生動物低毒性，且新的共生體品種之農藝性狀亦能符合需求且穩定，才算真正地解決了牲畜中毒問題。



本文譯自Schardl, C. L., and Phillips, T. D. 1997. Protective grass endophytes, where are they from and where are they going? Plant Dis. 81:430-438.