MoHRD3基因参与调控稻瘟病菌的生长发育和致病力

 稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)作为主要的农业病原微生物,其引起的稻瘟病严重威胁着水稻等谷类作物的生产安全。内质网相关蛋白质降解途径(Endoplasmic reticulum-associated protein degradation, ERAD)是生物体应答内质网压力的主要方式之一,其在机体生长发育过程中具有重要作用。而HRD(HMG-CoA reductase degradation)复合物作为ERAD的关键组分,主要由Hrd1、Hrd3、以及凝集素Yos9等蛋白组成,负责内质网中错误折叠蛋白的识别、转运以及泛素化过程,最终由蛋白酶体降解,从而有效缓解内质网压力,保证细胞的正常生理活动。有研究表明,Hrd3属于单次跨膜蛋白,在内质网腔中与Hrd1、Yos9相结合,负责底物的识别并起着稳定Hrd1的作用。目前Hrd3在稻瘟病菌中的生物学功能尚不清楚。本研究通过基因敲除及互补试验获得了稻瘟病菌的ΔMohrd3突变体和ΔMohrd3-C回补菌株,并以野生型为对照,对突变体的生物学表型进行了分析。结果显示,ΔMohrd3突变体的生长速率、产孢量明显下降;对大麦和水稻的致病力显著减弱。进一步胁迫试验表明,MoHRD3的缺失导致稻瘟病菌对外界盐胁迫、渗透压胁迫的耐受性增强,对内质网胁迫耐受性减弱,而对细胞壁胁迫无明显变化。同时,MoHRD3基因的缺失激活了未折叠蛋白响应途径(Unfolded protein response, UPR)。上述结果表明,MoHRD3参与调控稻瘟病菌的营养生长、无性繁殖、致病及对不同环境胁迫的响应过程。     

MoRAD26参与稻瘟病菌的胁迫应答和致病过程

 稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻三大病害之一。DNA修复对维持基因组的完整性具有重要作用,为了解析DNA修复基因在稻瘟病菌致病过程中的功能,本试验对稻瘟病菌DNA损伤检控点蛋白MoRad26进行了功能分析。首先我们利用同源重组的方法获得了MoRAD26基因的稻瘟病菌敲除突变体。表型观察发现MoRAD26缺失突变体的致病力下降,对DNA损伤胁迫和H₂O₂胁迫更加敏感,但是对稻瘟病菌的生长、产孢以及分生孢子萌发和附着胞的形成没有明显影响。进一步分析表明,敲除MoRAD26基因降低了稻瘟病菌侵染菌丝的扩展能力进而影响稻瘟病菌的致病力,但其具体机制还有待深入研究。     

转录因子MoMsn2的核定位和核输出信号序列参与调控稻瘟病菌的生长发育和致病力

 稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻上最重要的真菌病害之一,每年给水稻生产造成10%~30%的产量损失。从分子水平解析该病菌的致病机理,对稻瘟病防控新途径的挖掘具有重要的理论和实践指导意义。前期研究发现,转录因子MoMsn2定位于细胞质和细胞核,通过调控一系列下游基因的表达,控制稻瘟病菌的生长发育和致病性等多个生物学过程。对MoMsn2进行结构域分析,发现其含有2个核定位信号序列NLS1和NLS2、1个核输出信号序列NES和2个锌指蛋白结构域C2H2,但这些结构域的生物学功能尚不清楚。本研究通过构建结构域缺失载体和获得互补菌株的方法对5个结构域在稻瘟病菌的功能进行了分析。结果发现,同时缺失2个C2H2对MoMsn2的功能没有影响,ΔC2H2菌株的表型与野生型和全长互补菌株一致。缺失NLS1能完全恢复ΔMomsn2突变体的营养生长、菌落色素和胁迫应答;部分恢复其产孢量和致病力缺陷。缺失NES仅能部分恢复突变体的生长缺陷;而缺失NLS2完全不能恢复突变体的缺陷,其表型与突变体一致。荧光观察发现,缺失NES和NLS2改变了MoMsn2的核定位模式,而缺失C2H2和NLS1不影响MoMsn2的亚细胞定位。上述结果表明,NLS1、NLS2和NES是MoMsn2中3个重要的结构域,对MoMsn2在稻瘟病菌中行使正常的生物学功能具有重要的调控作用。     

苹果炭疽叶枯病菌CgCMK1基因的克隆与功能分析

 苹果炭疽叶枯病是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的苹果重要叶部病害,严重威胁苹果树的生长。CMK1-MAPK途径在植物病原真菌致病过程中具有重要的作用。本研究从苹果炭疽叶枯病菌中克隆了黄瓜炭疽病菌(C. lagenarium)CMK1的同源基因CgCMK1。CgCMK1基因ORF全长1 068 bp,编码355个氨基酸。CgCMK1敲除后不影响苹果炭疽叶枯病菌营养生长、色素沉积以及脂滴的转运。ΔCgCMK1突变体产孢能力显著下降、分生孢子萌发但不产生附着胞,外源添加cAMP不能诱导ΔCgCMK1突变体形成附着胞,在ΔCgCMK1突变体中,过表达cAMP信号途径依赖的蛋白激酶催化亚基基因CgCPK1也不能恢复突变体形成附着胞。CgCMK1基因参与氧化胁迫的应答反应,但不参与离子胁迫的应答反应。ΔCgCMK1突变体对苹果叶片完全丧失致病性,即使有伤接种也不能产生病斑。CgCMK1在苹果炭疽叶枯病菌分生孢子和附着胞中均有表达,定位于细胞质。上述结果表明,CgCMK1参与调控苹果炭疽叶枯病菌的分生孢子产量、附着胞的形成、氧化胁迫应答及致病性。     

苹果炭疽叶枯病菌CgCMK1基因的克隆与功能分析

 苹果炭疽叶枯病是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的苹果重要叶部病害,严重威胁苹果树的生长。CMK1-MAPK途径在植物病原真菌致病过程中具有重要的作用。本研究从苹果炭疽叶枯病菌中克隆了黄瓜炭疽病菌(C. lagenarium)CMK1的同源基因CgCMK1。CgCMK1基因ORF全长1 068 bp,编码355个氨基酸。CgCMK1敲除后不影响苹果炭疽叶枯病菌营养生长、色素沉积以及脂滴的转运。ΔCgCMK1突变体产孢能力显著下降、分生孢子萌发但不产生附着胞,外源添加cAMP不能诱导ΔCgCMK1突变体形成附着胞,在ΔCgCMK1突变体中,过表达cAMP信号途径依赖的蛋白激酶催化亚基基因CgCPK1也不能恢复突变体形成附着胞。CgCMK1基因参与氧化胁迫的应答反应,但不参与离子胁迫的应答反应。ΔCgCMK1突变体对苹果叶片完全丧失致病性,即使有伤接种也不能产生病斑。CgCMK1在苹果炭疽叶枯病菌分生孢子和附着胞中均有表达,定位于细胞质。上述结果表明,CgCMK1参与调控苹果炭疽叶枯病菌的分生孢子产量、附着胞的形成、氧化胁迫应答及致病性。     

GTP酶激活蛋白MoGcs1参与调控稻瘟病菌的无性繁殖,附着胞分化及对外界胁迫的应答

稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻上的一种毁灭性真菌病害,每年导致的稻谷产量损失可养活6千万人口。从分子水平了解该病菌的致病机理,对新型药剂靶标的挖掘和病害防控策略的制定具有重要的理论和实践指导意义。生物体存在两类GTP结合蛋白,一类是异三聚体G蛋白,另一类是小G蛋白。小G蛋白分子量为20~30 KD,具有GTP酶活性,在多种细胞反应中具有分子开关作用。小G蛋白结合GTP时被激活,可作用于下游分子使之活化。当GTP水解成为GDP时,则恢复为非活化状态。细胞中存在一些专门控制小G蛋白活性的调节因子,如鸟嘌呤核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factor,GEF)和GTP酶激活蛋白(GTPase activating protein,GAP)。GEF能够催化GTP的转换,而GAP的作用是加速GTP的水解,使小G蛋白向失活的状态转变。本研究在稻瘟病菌中鉴定到一个GAP蛋白MoGcsl,并对该蛋白编码基因的生物学功能进行了研究。对MoGCS1基因进行敲除突变发现,△Mogcsl突变体产孢量显著下降,分生孢子形态异常且附着胞形成加快,但突变体的营养生长和致病能力与野生型比较无明显变化。进一步研究发现,突变体对外界盐胁迫敏感性升高,对细胞壁胁迫敏感性降低。上述结果表明,MoGcsl是稻瘟病菌生长发育过程中一个重要的蛋白,参与调控病菌的无性繁殖、附着胞分化及对外界胁迫的应答。     

苹果树腐烂病菌异柠檬酸裂解酶基因VmICL的功能分析

由黑腐皮壳菌(Valsa mali Miyabe et Yamada)引起的苹果树腐烂病严重影响了苹果树的健康生长。异柠檬酸裂解酶是真菌乙醛酸循环中的关键酶,异柠檬酸裂解酶基因(ICL)在真菌生长发育及致病过程中发挥重要作用。本研究在苹果树腐烂病菌基因VmICL生物信息学分析的基础上,应用PEG介导原生质体转化法获得了基因VmICL的敲除突变体及回补菌株,解析了VmICL对病菌生长发育、细胞壁完整性、渗透胁迫、碳氮源利用及致病力的影响。研究表明,基因VmICL位于9号染色体,VmICL蛋白在第23-545位氨基酸区域具TIM super family结构域,系统发育分析显示与水稻稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)亲缘关系最近。基因VmICL缺失突变体生长速率减慢,分生孢子器产生数量减少,分生孢子萌发延迟;基因VmICL参与维持细胞壁的完整性,但不参与渗透胁迫;基因VmICL正调控碳源吸收,负调控氮源吸收,正调控致病力。总之,基因VmICL参与调控苹果树腐烂病菌的生长发育、细胞壁完整性的维持、碳氮源利用及致病力的发挥。     

稻瘟病菌效应蛋白MoIEEP1功能初探

由稻瘟病菌引起的稻瘟病是全球最严重的植物真菌病害之一, 严重威胁水稻生产安全?效应蛋白是病原菌与植物对抗过程中分泌产生的一种蛋白质, 可作为毒力因子促进侵染或作为无毒因子触发防御反应?本研究对实验室前期筛选到的在稻瘟病菌侵染早期诱导表达的效应蛋白(infection-induced expression effector protein 1, MoIEEP1)进行了功能验证与分析?结果表明: MoIeep1 在稻瘟病菌侵染初期8 h表达量最高; 信号肽和亚细胞定位分析验证该蛋白N端含有17个氨基酸的信号肽且在水稻原生质体中呈明亮点状的定位信号, 初步推测该定位信号为过氧化物酶体或线粒体等细胞器; 与野生型菌株Guy11相比, MoIeep1 基因敲除突变体菌丝生长无明显差异, 但其致病性受到影响?以上研究结果为进一步探究该蛋白质的作用机理打下良好基础, 也为揭示其他效应蛋白在稻瘟病菌侵染水稻过程中的功能提供新的理论依据?     

西瓜噬酸菌ftsH基因功能分析

 AAA ATPase (ATPase associated with diverse cellular activities) 在西瓜噬酸菌的多种生命过程中发挥重要作用。AAA家族中的FtsH蛋白(filamentation temperature-sensitive H)是由ftsH基因编码的,参与生长、致病、环境应激反应、膜内在蛋白质量控制等过程的蛋白,但其在西瓜噬酸菌中的作用尚未明确。本实验以西瓜噬酸菌Aac5菌株为研究对象,通过构建基因缺失突变体,测定致病力等各项表型以及突变株中致病相关基因和其他AAA ATPase基因的表达量,初步探索西瓜噬酸菌中ftsH的功能,为FtsH蛋白的功能研究奠定基础。结果表明,ftsH缺失显著降低菌株致病力、运动能力、生物膜形成能力、生长能力和环境胁迫耐受能力,不影响烟草过敏性反应,显著影响西瓜噬酸菌致病相关基因、AAA ATPase基因以及热激转录因子σ³²的表达量。这表明ftsH基因的功能与西瓜噬酸菌的致病性和环境耐受性密切相关。     

亚甲基四氢叶酸还原酶参与调控稻瘟病菌的生长、发育和致病性

 稻瘟病菌(Magnaporth oryzae)引起的稻瘟病是水稻上一种毁灭性病害,每年给全球水稻生产造成10%～30%的产量损失,严重威胁着全球的粮食生产安全。从分子水平探究该病菌的致病机制,对于挖掘潜在的控制稻瘟病的药剂靶标具有重要的理论和实践意义。本研究在稻瘟病菌中鉴定到2个分别与酿酒酵母亚甲基四氢叶酸还原酶Met12和Met13同源的蛋白,命名为MoMet12和MoMet13。MoMet12和MoMet13分别含有690和631个氨基酸,两者的一致性为32%。对这2个蛋白编码基因分别进行敲除突变,发现ΔMomet12和ΔMomet13突变体在CM营养丰富培养基上生长减慢、气生菌丝减少。ΔMomet13在MM基本培养基上不能生长,在SDC和OM营养饥饿培养基上生长显著减慢,气生菌丝稀薄。ΔMomet12在MM、SDC和OM培养基上生长均显著减慢;对突变体进行产孢和致病性测定发现,ΔMomet13突变体在CM和SDC培养基上均丧失了产孢能力,而ΔMomet12在CM培养基上产孢量显著下降,在SDC上产孢能力丧失;ΔMomet13突变体侵染菌丝扩展和致病力显著下降,ΔMomet12突变体致病力与野生型比较无明显变化。加入外源的甲硫氨酸可恢复ΔMomet12和ΔMomet13突变体在不同培养基上的生长和产孢缺陷,且能部分恢复ΔMomet13突变体的致病能力。上述结果表明,MoMet12和MoMet13通过参与甲硫氨酸的生物合成,从而控制稻瘟病菌的生长和无性繁殖。MoMet13同时是一个重要的致病相关因子,参与病菌侵染菌丝的生长和致病过程。     

钙离子响应蛋白GCaMP6s在稻瘟菌中的异源表达

稻瘟病严重威胁全球水稻的产量,钙离子信号通路参与了稻瘟菌生长、发育和致病,了解这些过程中菌株细胞质中钙离子浓度的变化对稻瘟病的防治具有重要意义.GCaMP6s作为一种细胞质钙离子感受蛋白在动物和植物中已有大量应用.本研究利用不同稻瘟菌菌株构建了 GCaMP6s基因的异源表达菌株,在0.01 g/mL钙离子处理下,GCa...     

病原细菌受体介导的c-di-GMP信号传导及其调控机制

细菌第二信使环二鸟苷酸(c-di-GMP)信号网络系统主要涉及信号代谢、识别、接受、传递、功能表达和调控。c-di-GMP胞内水平受到鸟苷酸环化酶(DGC)和磷酸二酯酶(PDE)的控制。c-di-GMP信号受体类型多样,包括转录调控因子、PilZ结构域蛋白、退化的GGDEF和EAL结构域蛋白、核糖体开关、多核苷酸磷酸化酶和新发现的蛋白激酶等。c-di-GMP受体接受信号后,可以在转录、翻译以及翻译后水平上对下游靶标进行调控,从而影响细菌的毒性、运动性、生物膜形成、细胞分裂等生理生化过程。本文结合本实验室对水稻白叶枯病菌的研究结果,综述了近年来国内外在c-di-GMP信号受体介导的调控机制等方面的研究进展。     

稻瘟病菌CAAX蛋白酶MoRce1的功能研究

 蛋白质的翻译后异戊烯化修饰(CAAX修饰)能够介导真核生物中许多重要蛋白质的亚细胞定位以及蛋白与蛋白间的相互作用。稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引致的稻瘟病是水稻最重要病害之一,造成全球水稻严重减产。为深入了解稻瘟病菌致病机理,更好地防控稻瘟病,我们研究了异戊烯修饰是否影响稻瘟病菌的生长发育和致病性。首先从稻瘟病菌基因组数据库中鉴定到一个稻瘟病菌的异戊烯蛋白酶MoRce1,同源比对发现MoRce1保守结构域在各物种之间变化较大,猜测在不同物种中该蛋白可能出现了功能分化。经同源重组方法敲除MoRCE1基因,发现MoRCE1缺失突变体在胁迫培养条件下细胞壁完整性明显缺陷,但是对营养生长、产孢、萌发以及致病性没有明显影响,说明MoRce1蛋白可能通过参与稻瘟病菌细胞壁合成相关蛋白的异戊烯化修饰进而影响该菌细胞壁的完整性,其具体机制还有待深入研究。     

在水稻悬浮细胞系中非亲和白叶枯病菌繁殖受到抑制的现象及其机理的研究

 研究了水稻白叶枯病菌在水稻悬浮细胞系中的繁殖动力学特征以及悬浮细胞胞外液中各类物质对白叶枯病菌繁殖的影响。结果表明,水稻-白叶枯病菌非亲和互作与亲和互作相比病原菌繁殖的数量明显减少。胞外液中粗提蛋白对白叶枯病菌繁殖不具有抑制作用。非亲和互作胞外液中二元酚含量显著增高,并且水稻细胞防卫反应基因的转录和翻译活性明显增强。表明非亲和互作中白叶枯病菌繁殖受到抑制与水稻细胞防卫反应的启动相关。     

稻瘟病菌重金属抗性蛋白的生物信息学分析

稻瘟病菌重金属抗性蛋白是稻瘟病菌在进化过程中产生的分泌型抗性蛋白,其可能对该病原菌在高浓度重金属环境中的生长、繁殖及生活史完成具有重要作用。为了明确稻瘟病菌重金属抗性蛋白的生物信息学特性,本研究利用多种生物信息学网站与软件对获得的3种重金属抗性蛋白的理化性质、结构域、三级结构、亚细胞定位等进行分析,并构建了系统进化树,同时预测了蛋白的组织表达特异性。该研究结果可为从遗传学方面深入了解重金属抗性蛋白在稻瘟病菌生长发育、繁殖和致病过程中的真正功能奠定基础。     

枯草芽胞杆菌T122F内生定殖及对香蕉枯萎病的防治效果

为了明确枯草芽胞杆菌T122F菌株对香蕉枯萎病的生防作用,对菌株在香蕉体内的定殖特性及对盆栽香蕉苗的防治效果进行了研究。结果表明,T122F能在香蕉体内定殖和传导,在香蕉根部、球茎、假茎和第2叶、第4叶中,T122F菌量的高峰分别出现在接种后第10、7、3、7、7天,菌量峰值分别为1.33×104、3.09×103、1.62×104、1.99×104和2.35×103 cfu/g鲜重,T122F菌株在香蕉体内的消长动态表现为先增长后下降的趋势。在接种枯萎病菌前4d和后2d分别采用200亿活芽胞/g枯草芽胞杆菌T122F可湿性粉剂300倍液灌根1次,对香蕉枯萎病的防治效果达66.00%。     

Identification of specific fragments of HpaG Xooc, a harpin from Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, that induce disease resistance and enhance growth in plants

Harpin proteins from gram-negative plant-pathogenic bacteria can stimulate hypersensitive cell death (HCD) and pathogen defense as well as enhance growth in plants. Two of these diverse activities clearly are beneficial and may depend on particular functional regions of the proteins. Identification of beneficial and deleterious regions might facilitate the beneficial use of harpin-related proteins on crops without causing negative effects like cell death. Here, we report the identification and testing of nine functional fragments of HpaG(Xooc), a 137-amino-acid harpin protein from Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, the pathogen that causes bacterial leaf streak of rice. Polymerase chain reaction-based mutagenesis generated nine proteinaceous fragments of HpaG(Xooc); these caused different responses following their application to Nicotiana tabacum (tobacco) and Oryza sativa (rice). Fragment HpaG62-137, which spans the indicated amino acid residues of the HpaG, induced more intense HCD; in contrast, HpaG10-42 did not cause evident cell death in tobacco. However, both fragments stimulated stronger defense responses and enhanced more growth in rice than the full-length parent protein, HpaG(Xooc). Of the nine fragments, the parent protein and one deletion mutant of HpaG(Xooc) tested, HpaG10-42, stimulated higher levels of rice growth and resulted in greater levels of resistance to X. oryzae pv. oryzae and Magnaporthe grisea. These pathogens cause bacterial leaf blight and rice blast, respectively, the two most important diseases of rice world-wide. HpaG10-42 was more active than HpaG(Xooc) in inducing expression of several genes that regulate rice defense and growth processes and activating certain signaling pathways, which may explain the greater beneficial effects observed from treatment with that fragment. Overall, our results suggest that HpaG10-42 holds promise for practical agricultural use to induce disease resistance and enhance growth of rice.     

接种嗜水气单胞菌对水稻降解毒死蜱的影响及作用机制

从受毒死蜱污染的禾本科植物水稻Oryza sativa L.中分离出一株具有毒死蜱降解活性的内生细菌ST6,经16S rRNA鉴定为嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila。用绿色荧光蛋白基因(gfp)标记后得到标记菌株ST6-gfp,该菌株能成功定殖到水稻植株中,通过平板回收试验得出ST6-gfp在水稻根部数量为7.0～7.2 log CFU/g,在茎叶中数量为4.9～5.1 log CFU/g。通过室内盆栽试验探究了该内生细菌定殖水稻后对毒死蜱降解的影响,并初步解析了作用机制。结果表明,内生菌的定殖可显著降低水稻植株中的毒死蜱含量并促进植株生长,与未接菌植株相比,接菌植株中的毒死蜱含量降低了58.3%,株高、鲜重和叶绿素含量分别增加了38.9%、69.5%和41.5%。在毒死蜱胁迫下,ST6-gfp定殖增强了水稻氧化还原酶系和解毒酶系的活力,其中,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化氢酶(CAT)和苯丙氨酸解氨酶（PAL）酶活性分别提升了1.1、1.3、1.2、1.8、1.22和1.7倍;细胞色素P...