禾谷镰刀菌蔗糖转运蛋白FgSut1和FgSut2的鉴定及功能研究

小麦赤霉病是以禾谷镰刀菌为优势种的镰刀菌复合种群引起的一种影响小麦产量和粮食安全的重大真菌病害。蔗糖转运蛋白在禾谷镰刀菌中的功能尚不明确。本研究通过与裂殖酵母蔗糖转运蛋白Sut1的氨基酸序列同源比对鉴定到禾谷镰刀菌蔗糖转运蛋白FgSut1和FgSut2,通过基因敲除获得禾谷镰刀菌的Fgsut1、Fgsut2突变体和Fgsut1Fgsut2双敲突变体。研究表明：Fgsut1、Fgsut2突变体和Fgsut1Fgsut2双敲突变体的营养生长、产孢、有性生殖和产毒过程均没有出现缺陷。在葡萄糖为单一碳源的培养基上Fgsut1突变体的生长速率减缓,Fgsut1Fgsut2双敲突变体生长速率下降更显著。Fgsut1Fgsut2双敲突变体在果糖和麦芽糖为碳源的平板上生长速率减缓,说明FgSut1和FgSut2对碳源的利用存在功能的分化和冗余。在小麦穗和小麦胚芽鞘接种实验中,Fgsut2突变体和Fgsut1Fgsut2双敲突变体的致病力降低,说明FgSut2可能在禾谷镰刀菌侵染过程中发挥主要作用,FgSut1和FgSut2在侵染过程存在功能冗余。本研究将禾谷镰刀菌在生长发育过程中对碳源吸收、毒素合成及...     

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,FgHor...     

禾谷镰刀菌中磷脂酰肌醇转运蛋白功能分析

磷脂酰肌醇转运蛋白(phosphatidylinositol transfer protein,PITP)保守存在于真核生物中,负责膜系统中磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱的转运,参与胞内的脂类信号调控过程。由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病严重威胁粮食产量和食品安全,而在禾谷镰刀菌的研究中发现磷脂信号网络中的关键元件参与病原菌致病过程的调控。我们利用基因敲除的方法对禾谷镰刀菌中PITP家族的功能进行分析,在禾谷镰刀菌中鉴定了7个PITP蛋白的编码基因,并成功获得了其单敲除突变体。通过表型分析发现,这7个基因的单敲除突变体在营养生长、无性及有性生殖和致病性方面与野生型菌株并无明显差异。研究结果表明:1)禾谷镰刀菌中的PITP基因并不是看家基因;2)不同PITP基因之间可能存在功能冗余;3)丝状真菌中PITP的生理功能与酵母中的PITP存在显著差异。     

禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶FgHat1在DON毒素生物合成中的功能

 由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病是小麦最主要的真菌病害之一。禾谷镰刀菌侵染小麦时分泌脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)真菌毒素,威胁人畜健康。本研究通过对组蛋白乙酰转移酶基因FgHAT1的功能研究,发现该基因编码的蛋白定位于细胞核并调控组蛋白H4的乙酰化。Fghat1敲除突变体在生长发育和致病过程中表现正常,但毒素合成存在显著缺陷。敲除FgHATI导致参与DON毒素合成的TRI基因转录水平降低,突变体产毒相关的细胞分化也表现异常。外源添加cAMP可以有效回复突变体的产毒缺陷,表明FgHat1对毒素的调控与cAMP信号通路有关。研究结果表明组蛋白表观修饰和胞内信号通路之间存在联系,这两者的交叉互作对DON毒素合成的精确调控至关重要。     

禾谷镰刀菌营养缺陷型的诱导与特性研究

 利用紫外线、γ射线和亚硝基胍处理禾谷镰刀菌菌株,经菌丝过滤法,获得4株稳定的营养缺陷型。其中1株为精氨酸缺陷型,1株为蛋氨酸缺陷型。比较禾谷镰刀菌营养缺陷型与野生型菌株的培养性状和致病力,表明营养缺陷型菌株生长速度慢,气生菌丝少,色泽淡,产孢能力下降,子囊壳形成能力丧失,致病力变弱。     

禾谷镰刀菌中硝基单加氧酶的功能分析

硝基单加氧酶(nitronate monooxygenase, NMO)将硝基烷烃氧化成相应的羰基化合物和亚硝酸盐。尽管硝基单加氧酶的生化特性在少数真菌中得到了深入解析,但是在植物病原真菌中关于其生物学功能的报道很少。本研究通过同源比对,在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearium)中鉴定到了5个硝基单加氧酶,利用基因敲除获得了相应的单敲突变体。通过表型分析发现,基因缺失突变体ΔFgNMO1-5的生长速率、菌落形态以及致病力与野生型相比均未发生明显变化,说明硝基单加氧酶之间存在部分功能冗余。突变体ΔFgNMO1、ΔFgNMO4和ΔFgNMO5的分生孢子产量降低了约50%。通过融合绿色荧光蛋白进行功能回补发现,禾谷镰刀菌中这5个硝基单加氧酶在细胞内发挥催化功能的场所存在差异。     

禾谷镰刀菌中硝基单加氧酶的功能分析

 硝基单加氧酶(nitronate monooxygenase, NMO)将硝基烷烃氧化成相应的羰基化合物和亚硝酸盐。尽管硝基单加氧酶的生化特性在少数真菌中得到了深入解析,但是在植物病原真菌中关于其生物学功能的报道很少。本研究通过同源比对,在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearium)中鉴定到了5个硝基单加氧酶,利用基因敲除获得了相应的单敲突变体。通过表型分析发现,基因缺失突变体ΔFgNMO1-5的生长速率、菌落形态以及致病力与野生型相比均未发生明显变化,说明硝基单加氧酶之间存在部分功能冗余。突变体ΔFgNMO1、ΔFgNMO4和ΔFgNMO5的分生孢子产量降低了约50%。通过融合绿色荧光蛋白进行功能回补发现,禾谷镰刀菌中这5个硝基单加氧酶在细胞内发挥催化功能的场所存在差异。     

FAC1基因对禾谷镰刀菌的菌丝膨大处细胞核分裂的影响

 与大多数丝状真菌一样,禾谷镰刀菌中也存在依赖cAMP信号调节的蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)信号通路-cAMP-PKA信号通路。前期研究发现,该信号通路在脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol, DON)的合成中扮演着重要角色。FAC1作为cAMP-PKA信号通路上游基因,它的缺失可导致DON无法合成。本研究发现,FAC1的缺失可严重影响DON合成相关基因TRI1在转录水平和翻译水平上的表达。显微观察发现,Tri1定位在细胞核周围,并且与野生型菌株PH-1相比,fac1突变体在产毒培养基内菌丝膨大结构的形成增多。此外,与未膨大菌丝相比,野生型菌株PH-1菌丝膨大结构处细胞核分裂明显增多,该位点多于4个细胞核的比例达到65.4%,而fac1突变体中菌丝膨大结构处核分裂数仅为0~3个,其中0~2个的占90.7%。研究结果表明,在产毒培养基中特有形成的菌丝膨大结构与DON合成之间并没有必然联系, DON毒素的合成应与菌丝膨大结构处细胞核分裂密切相关。     

禾谷镰刀菌内吞蛋白FgSyp1的功能研究

内吞作用在细胞的营养吸收和信号转导过程中起重要作用。在真核生物中Syp1和Ede1是网格蛋白介导内吞的早期蛋白成员。禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病严重影响小麦产量和品质。禾谷镰刀菌含有酿酒酵母SYP1的一个同源基因FgSYP1。酵母双杂交表明禾谷镰刀菌FgSyp1与FgEde1存在互作关系。利用同源重组的方法得到ΔSyp1突变体和ΔΔSyp1/Ede1双敲突变体,通过生长、产孢和致病性等实验测定禾谷镰刀菌FgSyp1功能。研究表明FgSyp1在禾谷镰刀菌菌丝生长、无性生殖和致病性发挥重要作用,ΔΔSyp1/Ede1双敲突变体在无性和有性生殖方面表现出比ΔSyp1突变体更显著的效果。     

禾谷镰刀菌接种小麦幼芽及致病力鉴定的初步研究

 由镰刀菌引起的赤霉病是危害小麦、大麦、燕麦、黑麦等禾谷类作物的一种重要病害,广泛分布于世界温暖潮湿地区。在我国赤霉病发病区,禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum Schwabe)是主要致病菌。     

RNA-Seq解析cAMP促进禾谷镰孢菌DON毒素产生的分子基础

 禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病(Fusarium head blight)不仅造成小麦产量损失,而且病菌在侵染过程中会释放大量真菌毒素,导致小麦籽粒污染,严重威胁人畜健康。实验室前期研究发现外源添加环磷酸腺苷(cAMP)可以促进禾谷镰孢菌脱氧雪腐镰孢菌烯醇毒素(Deoxynivalenol, DON)产生,但其分子机制尚不清楚。本研究利用转录组分析了cAMP处理后禾谷镰孢菌基因的表达情况,探究了cAMP促进DON毒素合成的潜在机制。研究发现响应cAMP处理的差异表达基因有4 470个,其中1 818个基因上调,2 652个基因下调。负责DON毒素合成TRI基因簇的所有基因在cAMP处理下均上调表达,表明cAMP通过诱导TRI基因簇表达促进DON毒素合成。进一步分析了cAMP下游依赖性蛋白激酶A(PKA)的敲除突变体Δpka的转录组数据,发现几乎所有TRI基因簇基因均下调表达,并且cAMP处理上调表达而Δpka突变体中下调表达的基因中显著富集真菌毒素代谢相关的基因,该结果进一步表明cAMP通过PKA通路调控DON毒素合成。此外,cAMP处理后,可诱导DON毒素产生的γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)合成相关基因上调表达,而GABA分解相关基因下调表达。这表明禾谷镰孢菌可通过调节细胞内的GABA水平促进DON毒素合成。     

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。     

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。     

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。     

禾谷镰孢菌FgCYP51B蛋白Y137H影响分生孢子及子囊孢子发育

<正>小麦赤霉病(Fusarium Head Blight,FHB),主要是由镰刀菌属真菌引起的一种流行性毁灭性病害。在世界各小麦种植区尤其是温暖潮湿和半潮湿地区发生最为严重~([1,2])。它不仅能够降低小麦产量,其染病麦粒中还会产生对人畜健康严重危害的真菌毒素~([3])。在不同的地区由于气候因素和地理环境的不同,分布着不同的致病菌株。在我国,