尖孢镰刀菌番茄专化型中SNARE蛋白FolSso1的功能分析

 SNARE(Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor)蛋白保守存在于丝状真菌中,在膜泡转运的过程中起着关键的作用。番茄枯萎病是由尖孢镰刀菌番茄专化型(Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici,Fol)引起的,严重威胁着番茄的生产。我们使用反向遗传学的方法来研究番茄枯萎病菌中SNARE蛋白FolSso1的功能,实验结果发现FolSSO1的基因缺失突变体菌丝生长速率降低,且产孢数量减少。另外,FolSSO1基因的缺失导致突变体相较于野生型菌株对细胞壁压力与细胞膜压力更加敏感。然后,在番茄果实和番茄植株的致病性实验中,我们发现FolSSO1的缺失并没有引起Fol致病性显著的变化。综上所述,本研究发现FolSSO1可以调控Fol营养生长,繁殖和对环境压力的响应过程,然而对Fol的致病过程并没有显著的调控作用。     

FpStuA参与假禾谷镰孢的产孢和致病性

 假禾谷镰孢是一种土传真菌,其引起的小麦茎基腐病已成为威胁我国小麦生产的重要病害。APSES蛋白是真菌中保守存在的一类转录因子,参与多种细胞生理过程。本研究,我们在假禾谷镰孢中鉴定到StuA同源蛋白FpStuA。qRT-PCR分析发现FpStuA在假禾谷镰孢分生孢子和侵染阶段诱导表达。通过PEG介导的原生质体转化方法获得3个FpStuA基因缺失的突变体。与假禾谷镰孢野生型菌株相比,Δfpstua突变体的生长速度明显减慢,气生菌丝减少;分生孢子的产生比野生型减少70%,且Δfpstua突变体分生孢子变短、分隔减少;Δfpstua突变体对大麦叶片、小麦胚芽鞘和小麦根的致病性均显著降低,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)合成明显减少。综上结果,转录因子FpStuA对假禾谷镰孢的生长、产孢和致病性都非常重要。     

灰葡萄孢BcPDR1基因与PKA编码基因的关系研究

 为明确灰葡萄孢BcPDR1基因与病菌cAMP信号途径中PKA编码基因BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR之间的关系,利用Real-time PCR技术分析了BcPDR1基因突变对PKA编码基因BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR表达的影响,以及PKA编码基因突变对BcPDR1基因表达的影响。结果发现,BcPDR1基因突变体中BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR的表达水平均显著高于野生型和回复菌株,BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR基因的RNAi突变体中BcPDR1基因表达水平显著低于野生型。我们分别构建了PKA编码基因BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR在敲除突变体ΔBcpdr1中过表达的菌株ΔBcpdr1/BcPKA1-OE、ΔBcpdr1/BcPKA2-OE、ΔBcpdr1/BcPKAR-OE;对过表达菌株的表型和致病力进行分析发现,过表达菌株的菌落形态、菌核形成、菌丝形态、生长速率、产孢量和致病力均与突变体ΔBcpdr1表现显著的差异,而更接近野生型BC22的表型和致病力。结果表明,灰葡萄孢BcPDR1基因与PKA亚基基因BcPKA1、BcPKA2和BcPKAR的表达水平密切相关,BcPDR1基因负调控这3个基因的表达,而这3个基因对BcPDR1基因表达有正调控作用。本研究为进一步阐明灰葡萄孢BcPDR1基因调控病菌生长发育和致病力的分子机制奠定了基础。     

FocVel2基因对黄瓜枯萎病菌丝生长及毒力的影响

 由尖孢镰孢菌黄瓜专化型引起的黄瓜枯萎病是世界黄瓜生产上的一种毁灭性病害。本研究鉴定了尖孢镰孢菌黄瓜专化型丝绒蛋白的一个同源基因FocVel2,利用基因敲除和互补的方法研究该基因的功能。敲除突变体菌株ΔFocVel2出现明显的表型变化,包括菌落生长速率降低和产孢量降低,并且敲除突变株对黄瓜幼苗毒力明显减弱,回补突变体菌株能够恢复敲除突变体ΔFocVel2的所有缺陷。总之,研究结果发现丝绒蛋白基因FocVel2在菌体无性繁殖以及侵染过程中起到重要作用。     

FocVel2基因对黄瓜枯萎病菌丝生长及毒力的影响

 由尖孢镰孢菌黄瓜专化型引起的黄瓜枯萎病是世界黄瓜生产上的一种毁灭性病害。本研究鉴定了尖孢镰孢菌黄瓜专化型丝绒蛋白的一个同源基因FocVel2,利用基因敲除和互补的方法研究该基因的功能。敲除突变体菌株ΔFocVel2出现明显的表型变化,包括菌落生长速率降低和产孢量降低,并且敲除突变株对黄瓜幼苗毒力明显减弱,回补突变体菌株能够恢复敲除突变体ΔFocVel2的所有缺陷。总之,研究结果发现丝绒蛋白基因FocVel2在菌体无性繁殖以及侵染过程中起到重要作用。     

禾谷镰刀菌蛋白激酶FgSid1的功能研究

 实验室前期已经对禾谷镰刀菌中116个蛋白激酶进行了鉴定,发现FgSID1基因(FGSG_07344)敲除突变体在有性生殖过程中存在严重缺陷,但其在禾谷镰刀菌中的具体功能却未被详细报道。本研究通过表型分析和亚细胞定位等实验明确了FgSid1在营养生长、有性发育和致病性等方面的功能。本研究发现FgSID1基因敲除突变体菌落生长速度显著变慢,分生孢子隔膜数量减少且产孢量下降;在有性生殖阶段,FgSID1基因敲除突变体的子囊壳形态和大小均正常,但子囊畸形且子囊孢子形成有缺陷;此外,FgSID1基因敲除突变体只能侵染接种小花,而无法扩展到穗轴及临近的小穗,且接种点的小麦籽粒DON毒素含量显著下降;研究还发现FgSID1基因敲除突变体的分生孢子、营养菌丝和子囊孢子的分隔中均含有多个细胞核;本研究又通过亚细胞定位实验发现FgSid1定位于微管组织中心。因此,蛋白激酶FgSid1可能通过参与禾谷镰刀菌无性和有性阶段的细胞分裂影响禾谷镰刀菌的营养生长、分生孢子和子囊孢子的发育以及侵染能力。     

欧美杨细菌性溃疡病菌双组分系统lqp0812-lqp0813基因功能研究

  Lonsdalea quercina subsp. populi引起的欧美杨溃疡病是严重威胁欧美杨人工林生产的细菌性病害。双组分系统是细菌最重要的信号转导通路之一,在细菌的生长繁殖、环境适应、胁迫耐受性以及致病过程中发挥重要作用。为探索L. quercina 中双组分系统编码基因的功能,本研究利用同源重组对双组分系统编码基因lqp0812和lqp0813进行缺失突变,并研究其生物学功能。表型分析显示,与野生型菌株N-5-1相比,Δlqp0812和Δlqp0813突变体在生长速率、金属离子胁迫、盐胁迫、渗透胁迫及致病性方面没有显著差异;但Δlqp0812突变体在游动性上与野生型N-5-1相比显著减弱;Δlqp0812和Δlqp0813突变体生物被膜的形成能力,对过氧化氢、抗生素的耐受性都显著增强。qRT-PCR结果显示,在Δlqp0812和Δlqp0813突变体中,外排泵基因acrA、mdtB、aaeB的表达量与野生型相比显著升高。研究结果表明,lqp0812参与病原菌的游动性,lqp0812与lqp0813共同负调控菌株生物膜的形成和对氧化胁迫、抗生素胁迫的耐受性。     

一个编码富含丝氨酸蛋白的基因影响大丽轮枝菌的微菌核形成、产孢及致病力

 大丽轮枝菌是一种可在广泛的寄主范围内引发黄萎病的土传植物病原真菌,主要以微菌核的形式在土壤中存活多年,因此鉴定与微菌核形成及致病力相关的基因对防治该病害至关重要。本课题组从前期构建的棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库中筛选到一个微菌核明显减少的突变体,致病力测定结果表明,该突变体致病力明显下降。以棉花黄萎病菌野生型菌株V592的基因组DNA为模板,从棉花黄萎病菌中克隆到被T-DNA插入突变的基因(VdSRP1)编码区全长为415 bp,包含一个外显子,编码一个富含丝氨酸蛋白,与任何已知的注释基因没有显著的序列相似性。为了明确VdSRP1基因在大丽轮枝菌中的功能,利用同源重组的原理及农杆菌介导的遗传转化方法获得了VdSRP1基因的2个敲除体菌株,与棉花黄萎病菌野生型菌株V592相比,VdSRP1基因敲除突变体的微菌核形成明显减少,产孢量及孢子萌发率下降,对棉花的毒力也显著下降。对野生型菌株V592及VdSRP1敲除突变体的转录分析表明,VdSRP1调控一系列与微菌核形成、孢子形成及致病力相关基因的表达。这些结果表明,VdSRP1基因影响大丽轮枝菌的致病力、微菌核形成、产孢及孢子萌发。     

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。     

水稻白叶枯病菌Zur和HrpG平行调控hrcC基因表达

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)的III型分泌系统(Type III secretion system, T3SS)由hrp基因簇编码,其决定在寄主水稻上的致病性。hrcC是hrp基因簇中hrpA转录单元仅有的一个基因,推测编码T3SS的核心组分蛋白。在Xoo中,hrcC在致病性中的功能以及受调控的机制仍未明确。本研究构建了hrcC的缺失突变体及其功能互补子,发现hrcC缺失使Xoo丧失了在寄主水稻上的致病性以及在非寄主烟草上激发过敏反应(Hypersensitive response, HR)的能力,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。启动子GUS活性的定量测定和蛋白免疫杂交试验,证明hrcC的转录表达依赖于主要的hrp调控子HrpG,而不受HrpX调控;HrpG和铁转运家族类调控子(Ferric uptake regulator family)Zur以平行独立的方式正调控hrcC基因的转录表达。异源功能互补、启动子活性和蛋白表达试验发现Xoo和水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)的hrcC基因在致病性上的功能具有互置性,以及受HrpG、HrpX和Zur的调控模式也具有相似性。这些研究为进一步解析黄单胞菌的hrp调控网络与全毒性调控网络之间的交叉提供了新的线索。     

柑橘溃疡病菌gpd1基因在致病性中的功能分析

 甘油作为微生物重要的能量来源及抗逆因子,对其生存具有重要作用。gpd1基因编码甘油-3-磷酸脱氢酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase, G3PDH),是甘油合成代谢途径中关键的限速酶。本研究分析了gpd1基因在柑橘溃疡病菌(Xanthomonas citri subsp. citri, Xcc)致病性中的功能。对Xcc强毒菌株Xcc021和弱毒菌株Xcc049E分别进行了gpd1的缺失突变,发现gpd1缺失仅影响强毒菌株Xcc021在感病柑橘寄主上的毒性以及gpd1缺失影响Xcc在营养贫乏培养基中的生长能力,功能互补子能够恢复毒性和生长能力至野生型水平。其他毒性相关表型显示:与野生型Xcc021相比,gpd1突变体菌体的沉降能力增加,游动性降低,生物膜形成能力增强,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。这表明gpd1基因在强毒菌株中是重要的毒性因子,其涉及的甘油代谢途径可能在强弱毒菌株对于寄主柑橘的毒性具有不同的作用。     

柑橘溃疡病菌gpd1基因在致病性中的功能分析

 甘油作为微生物重要的能量来源及抗逆因子,对其生存具有重要作用。gpd1基因编码甘油-3-磷酸脱氢酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase, G3PDH),是甘油合成代谢途径中关键的限速酶。本研究分析了gpd1基因在柑橘溃疡病菌(Xanthomonas citri subsp. citri, Xcc)致病性中的功能。对Xcc强毒菌株Xcc021和弱毒菌株Xcc049E分别进行了gpd1的缺失突变,发现gpd1缺失仅影响强毒菌株Xcc021在感病柑橘寄主上的毒性以及gpd1缺失影响Xcc在营养贫乏培养基中的生长能力,功能互补子能够恢复毒性和生长能力至野生型水平。其他毒性相关表型显示:与野生型Xcc021相比,gpd1突变体菌体的沉降能力增加,游动性降低,生物膜形成能力增强,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。这表明gpd1基因在强毒菌株中是重要的毒性因子,其涉及的甘油代谢途径可能在强弱毒菌株对于寄主柑橘的毒性具有不同的作用。     

胶孢炭疽菌CgSho1基因的克隆与功能分析

HOG-MAPK(high osmolarity glycerol mitogen-activated protein kinase)信号途径是真菌MAPK途径中参与渗透压响应的一条重要通路,在植物病原菌生长发育及致病过程中发挥着重要的作用。Sho1(synthetic high osmolarity-sensitive protein1)是HOG-M APK信号途径上游的一个重要感受器,在不同真菌中常具有不同的功能。本研究从胶孢炭疽菌中克隆了Sho1的同源基因,命名为Cg Sho1,该基因编码一个291个氨基酸的蛋白,含有4个跨膜结构域和一个SH3功能域。利用同源重组的方法获得了该基因的敲除突变体,与野生型相比,敲除突变体表现为营养生长缓慢,菌丝稀疏且疏水性增强,产孢量下降,对氧化压力和渗透压更加敏感,致病力明显减弱。上述结果表明,Cg Sho1参与调控胶胞炭疽菌的营养生长、分生孢子产量、氧化应激反应、渗透压响应及致病性。     

山茶炭疽菌CcSnf1基因参与调控山茶炭疽菌的生长发育和致病力

 油茶炭疽病是油茶上的重要病害,山茶炭疽菌(Colletotrichum camelliae)是该病害的优势病原菌。本研究以山茶炭疽菌中丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶SNF1蛋白复合体的核心组分CcSnf1为研究对象,研究其在山茶炭疽菌的营养生长、产孢量、孢子萌发、附着胞形成、对环境胁迫因子的响应、对不同碳源的利用、致病力等方面的生物学功能,为油茶炭疽病的防控提供理论依据。研究结果表明,山茶炭疽菌CcSnf1基因编码的蛋白为719个氨基酸,含有一个蛋白激酶催化结构域、一个泛素相关结构域和一个腺苷酸感应器结构域。CcSnf1是果生炭疽菌CfSnf1和胶孢炭疽菌CgSnf1的高度同源物。该基因的敲除体菌丝生长减慢,分生孢子产量显著降低,对不同碳源、细胞壁完整性因子和渗透压胁迫因子有不同程度的敏感性。侵染早期阶段的孢子萌发率和附着胞形成率显著受影响,随后CcSnf1的敲除体对油茶果实和叶片的致病力明显减弱。本研究表明CcSnf1在山茶炭疽菌的菌丝生长、产孢、胁迫因子响应、对特定碳源的利用和致病力具有重要的作用。     

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。     

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。     

禾谷镰刀菌脂质转运蛋白Vps13的功能分析

 Vps13蛋白家族是真核生物中高度保守的一类脂质转运蛋白,其在丝状真菌中的功能尚不清楚。小麦赤霉病主要由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起,是小麦最重要病害之一。禾谷镰刀菌含有酿酒酵母VPS13的一个同源基因FgVPS13。通过同源重组的方法获得禾谷镰刀菌FgVPS13敲除突变体。研究表明,FgVPS13敲除突变体出现生长、产孢和有性生殖的缺陷。FgVPS13敲除突变体在小麦胚芽鞘和麦穗上的致病力下降,产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)毒素含量也明显降低。而且,FgVPS13抑制线粒体自噬。总之,FgVPS13参与调控禾谷镰刀菌菌丝生长、无性和有性生殖、致病力和线粒体自噬。     

禾谷镰刀菌缺氧诱导脱氢酶参与发育和致病性

 缺氧诱导脱氢酶(hypoxia-induced dehydrogenase, HorA)参与辅酶Q(coenzyme Q, CoQ)的生物合成。在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)基因组中确定了一个缺氧诱导脱氢酶基因,命名为FgHorA。通过同源重组的方法获得FgHorA敲除突变体。研究发现,FgHorA敲除突变体出现生长和产孢的缺陷,并且延迟了分生孢子萌发,FgHorA突变体不能产生子囊壳。FgHorA突变体在小麦胚芽鞘上的致病力和产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)毒素含量明显下降。FgHorA突变体表现出对盐胁迫的抗性提高,而对氧胁迫抗性降低。此外,FgHorA突变体产生的内源性活性氧明显减少。研究结果表明,禾谷镰刀菌FgHorA参与菌丝生长、无性和有性生殖、胁迫反应和致病性。