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。     

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。     

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。     

小麦FtsH2蛋白与WYMV CP互作研究

 小麦黄花叶病毒(Wheat yellow mosaic virus, WYMV)是马铃薯Y病毒科大麦黄花叶病毒属成员,主要危害冬小麦。实验室前期以WYMV外壳蛋白(coat protein,CP)为诱饵,通过酵母双杂交筛选小麦cDNA文库,发现FtsH2蛋白部分片段与WYMV CP互作。FtsH2蛋白是AAA蛋白酶家族成员,参与植物叶绿体光损伤修复和类囊体发育进程。本研究利用酵母双杂交和双分子荧光互补技术进一步对FtsH2蛋白全长与WYMV CP进行互作验证,并鉴定互作结构域;利用荧光蛋白标记技术研究FtsH2蛋白与CP的亚细胞定位。实验结果表明FtsH2蛋白全长与CP互作;两者互作的关键结构域包含FtsH2蛋白低复杂区、跨膜区及AAA结构域和WYMV CP的中段区域(61-293 aa)。FtsH2蛋白单独表达时定位在细胞质、细胞核和叶绿体;CP单独表达时定位在细胞质;两者共同表达时亚细胞定位均没有发生明显变化,且主要共定位于细胞质中。WYMV CP与小麦FtsH2蛋白的互作可能会干扰植物绿叶体的发育和功能。本研究对了解WYMV的症状形成机制具有一定意义。     

小麦FtsH2蛋白与WYMV CP互作研究

 小麦黄花叶病毒(Wheat yellow mosaic virus, WYMV)是马铃薯Y病毒科大麦黄花叶病毒属成员,主要危害冬小麦。实验室前期以WYMV外壳蛋白(coat protein,CP)为诱饵,通过酵母双杂交筛选小麦cDNA文库,发现FtsH2蛋白部分片段与WYMV CP互作。FtsH2蛋白是AAA蛋白酶家族成员,参与植物叶绿体光损伤修复和类囊体发育进程。本研究利用酵母双杂交和双分子荧光互补技术进一步对FtsH2蛋白全长与WYMV CP进行互作验证,并鉴定互作结构域;利用荧光蛋白标记技术研究FtsH2蛋白与CP的亚细胞定位。实验结果表明FtsH2蛋白全长与CP互作;两者互作的关键结构域包含FtsH2蛋白低复杂区、跨膜区及AAA结构域和WYMV CP的中段区域(61-293 aa)。FtsH2蛋白单独表达时定位在细胞质、细胞核和叶绿体;CP单独表达时定位在细胞质;两者共同表达时亚细胞定位均没有发生明显变化,且主要共定位于细胞质中。WYMV CP与小麦FtsH2蛋白的互作可能会干扰植物绿叶体的发育和功能。本研究对了解WYMV的症状形成机制具有一定意义。     

稻瘟菌Rho族蛋白及其编码基因表达特点

 Rho族蛋白是Ras超家族小G蛋白最主要成员,在真核生物中极为保守,包括Rho、Rac、Cdc42等,作为分子开关,参与细胞极性、细胞运动、细胞形状、细胞间及细胞与其基质互作等多个信号转导途径。基因组数据库分析显示,稻瘟菌中含有30余个小G蛋白,其中7个可能是Rho族蛋白,包括Cdc42、Rac1及5个Rho亚家族蛋白。结构分析表明,7个推导的Rho族蛋白均具有典型结构域。进一步以半定量RT-PCR分析了稻瘟菌7个Rho族蛋白编码基因在菌丝、分生孢子、芽管以及附着胞等不同生长发育阶段的表达情况。结果表明,Rho族蛋白编码基因具有不同的表达模式。通过BLASTP搜索GenBank等数据库,获得迄今已公布的真菌Rho1、Cdc42和Rac1蛋白序列,建立了系统发育树,一定程度地反映了真菌进化关系,说明在真菌进化中Rho族蛋白的结构与功能也经历了共同演化的过程。     

番茄与叶霉菌互作的分子机理

 番茄和叶霉菌(Cladosporium fulvum Cooke)系统是研究植物和病原物互作分子机理的模式系统。4个叶霉菌无毒基因已被克隆。这些无毒基因编码含偶数个半胱氨酸的小分子量蛋白,在叶霉菌毒性菌株中的存在与否及存在方式各不相同。Avr4具有几丁质结合活性;而Avr9可能在叶霉菌氮素代谢中起调节作用。7个具有功能的番茄抗叶霉菌Cf基因已被克隆。它们与其同源基因一起以基因簇形式存在于复合基因座中,其成员称为Hcr (homologues of C. fulvum resistance gene Cf)基因。Cf蛋白定位于细胞质膜,但主体在膜外,主要结构域为富含亮氨酸重复(LRR)和跨膜结构域。LRR重复单元数目以及N端序列决定了Cf蛋白对Avr的识别特异性。Cf对Avr的识别遵守"保卫"假说。在Cf-2对Avr2的识别系统中,蛋白酶Rcr3为"被保卫"蛋白。Cf识别Avr后迅速激活下游信号传导和防卫反应,包括过敏性反应的产生和氧化迸发,以及K⁺离子通道、各类蛋白激酶、SGT1、硫氧还蛋白及磷脂酸途径的活化。温度、湿度和光照等环境条件显著影响Cf介导的过敏性反应和抗病性。不同Cf对Avr的识别机理及其下游信号传导途径有显著差别。     

ABC转运蛋白及其相关的多药抗性研究现状

ABC(ATP-binding cassette)转运蛋白是一类家族庞大、功能多样的跨膜转运蛋白,其广泛存在于原核和真核生物的各类细胞器中,负责多种物质的跨膜转运,从而调节生物体的一系列生命活动。近年来,越来越多ABC转运蛋白的种类及功能被报道,但是ABC蛋白家族的潜在成员以及功能仍然值得进一步探究和挖掘。该文对不同物种中ABC转运蛋白数量、结构域、功能、研究方法以及其参与调控病原菌多药抗性的研究现状进行综述,并对植物病原菌多药抗性的治理等进行展望。     

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...     

嵌合蛋白MoSlp1-AtCERK1作为抗病激发子的研究

本研究通过DNA体外重组技术,将稻瘟病菌MoSlp1基因和拟南芥几丁质寡糖受体基因AtCERK1的跨膜结构域和胞内结构域基因融合,构成嵌合基因MoSlp1-AtCERK1。在烟草瞬时表达试验中,MoSlp1-AtCERK1嵌合蛋白诱导烟草产生以过敏性坏死为表现形式的过敏反应。以带有MoSlp1-AtCERK1蛋白的农杆菌注射烟草,可增强烟草对烟草花叶病毒的抗病性。同时提高烟草的PR-1基因转录表达水平,表明MoSlp1-AtCERK1嵌合蛋白基因通过水杨酸信号传导的途径激活烟草系统获得性抗病。     

基于iTRAQ定量蛋白质组技术筛选‘华月’苹果斑点落叶病抗性相关蛋白

 为了探讨苹果叶片抗病相关蛋白的表达特性,进一步解析苹果叶片自身防御反应分子机制,本文以抗病苹果品种‘华月’为试材,采用iTRAQ定量蛋白质组技术分析苹果链格孢菌处理前后,苹果叶片总蛋白差异表达情况。结果表明,与无菌水处理的叶片相比,病原菌接种后的叶片共筛选到433个差异表达蛋白,聚类分析结果较好,其中257个蛋白显著上调,176个蛋白显著下调。进一步开展差异蛋白筛选及功能分析,筛选后的53个蛋白依据功能可划分为7类,分别为代谢过程相关,防御或逆境应答反应相关,蛋白质代谢过程相关,细胞分裂相关,细胞壁修饰相关,细胞过程相关及其他功能未知蛋白。代谢通路分析表明,KEGG共富集到7个结果,64个蛋白在7条通路中得到注释,且这些蛋白对这7条信号通路均具有显著影响(P<0.05)。亚细胞定位分析结果表明,共49个蛋白得到成功定位,其中35个蛋白定位于叶绿体,表明叶片细胞中大量的叶绿体蛋白参与了病原菌胁迫应答反应。其他蛋白中,7个定位于细胞质,3个定位于细胞质膜,其余4个分别定位于细胞壁、胞外、过氧化物酶体及内质网。除了防御或逆境反应相关蛋白,光合作用及其他代谢相关蛋白也参与了苹果叶片细胞的防御反应。病程相关的PR类蛋白中包括3个过氧化物酶类蛋白(PR-9)、1个类甜蛋白(PR-5)及1个MLP样蛋白(PR-10),过敏反应相关的MLP样蛋白在果树应答逆境胁迫的研究中的报道较少,MLP蛋白的差异表达可能也与苹果叶片的防御反应相关。本研究进一步证实了苹果叶片应答链格孢菌胁迫的抗性相关蛋白中,PR类蛋白的差异表达可能是影响苹果叶片细胞抗病反应的关键因子,研究结果为进一步解析果树抗病分子机制提供了参考。     

果蝇Toll和IMD信号通路中的功能结构域

功能结构域在蛋白相互关系中起着重要的作用,在细胞信号通路中,上、下游信号分子结构域间的相互作用,传递着信号。赖氨酸型肽聚糖(Lys-type PGN)(来自革兰氏阳性菌)和β-1,3葡聚糖(β-1,3 glucan)(来自真菌)激活果蝇Toll信号通路;二氨基庚二酸型肽聚糖(DAP-type PGN)和脂多糖粗多糖(LPS)(来自革兰氏阴性菌)激活果蝇IMD信号通路。本文以信号通路为线索,完整地展示各信号分子功能结构域间的相互作用关系,阐述两个信号通路分别降解细胞质中的Cactus和Relish,释放出NF-kB蛋白进入到细胞核的全过程。     

苹果树腐烂病菌含cupin结构域蛋白Vmcupin1的鉴定及功能分析

由苹果黑腐皮壳(Valsa mali)侵染引起的苹果树腐烂病是严重威胁我国苹果产业健康发展的重大枝干病害。揭示病菌致病机理有助于制定病害防控新策略。含cupin结构域蛋白是一个大的蛋白家族，广泛参与植物发育和逆境胁迫响应等多种生命活动。有关植物病原真菌中该类蛋白的研究报道很少，其参与菌丝生长和侵染致病的生物学功能尚不明确。基于V.mali与苹果树皮互作的转录组分析，发现一个在病菌侵染过程中显著上调表达的基因。蛋白序列特征分析发现，该蛋白含有1个典型的cupin结构域，且与其他物种含cupin结构域蛋白高度同源，将之命名为Vmcupin1。实时荧光定量分析发现Vmcupin1在病菌侵染过程中显著上调表达。创制了Vmcupin1缺失突变体和回补菌株，发现该基因缺失后，病菌生长速率在一定程度上降低，其致病力和适应H₂O₂和NaCl胁迫的能力显著降低，表明Vmcupin1在病菌营养生长、侵染致病，以及逆境胁迫中发挥重要功能。研究结果丰富了真菌含cupin结构域蛋白功能的认知，有助于全面解析腐烂病菌致病机理。     

稻瘟病菌F-box蛋白MoFbr7生物学功能分析

F-box蛋白在泛素-蛋白酶体途径(ubiquitin-proteasome pathway,UPP)中参与调控胞内蛋白降解、受体识别、信号传导等生物学过程。本研究从稻瘟病菌中克隆了F-box基因MoFbr7,序列分析表明,该基因编码产物具有1个F-box结构域(N-端)和8个连续的WD40重复序列(C-端),在丝状真菌中高度保守。利用基因敲除方法,获得4个MoFbr7基因敲除突变体,同时构建了回补菌株。表型分析结果显示,MoFbr7基因缺失突变体在产孢量、附着胞形态、原生质体释放、致病性等方面均无异常。突变体在MM、RDC培养基上生长速率下降;对细胞壁胁迫因子CFW(Calcofluor white)、刚果红敏感。以上结果表明MoFbr7参与稻瘟病菌的营养生长与细胞壁完整性,为进一步揭示其生物学功能奠定基础。     

锰消除镰刀菌酸对枯草芽胞杆菌R31生物被膜形成的抑制

为了揭示芽胞杆菌类生防因子和镰刀菌病害的互作方式,对镰刀菌酸抑制枯草芽胞杆菌生物被膜形成及其消除开展了研究。首先利用24孔细胞培养板建立了镰刀菌酸抑制枯草芽胞杆菌R31生物被膜形成的生物测定体系,并筛选出抑制R31生物被膜形成所需的最低镰刀菌酸浓度。测定了在该镰刀菌酸浓度处理下的R31生长曲线,并利用显微镜观察了镰刀菌酸处理和对照在振荡培养和静置培养下的菌体形态。然后测定了不同浓度MnSO₄添加消除镰刀菌酸抑制R31生物被膜形成的效果,并用高效液相色谱测定了各处理镰刀菌酸的残留量。结果显示,以24孔细胞培养板为培养容器,以BGM1为培养基的生物测定系统中,显著抑制R31生物被膜形成的最低镰刀菌酸用量为9 μg/mL;该浓度的镰刀菌酸抑制了静置培养的R31菌体形成网状结构和漂浮在液面,并抑制了振荡培养的R31早期菌体增殖。但共培养体系中添加MnSO₄可以恢复R31的生物被膜形成,其中200 μg/mL的硫酸锰不仅能消除毒素抑制,还可显著促进R31的生物被膜形成。镰刀菌酸可能通过影响R31基质产生细胞的分化而抑制其生物被膜形成,硫酸锰可以作为钝化剂缓解镰刀菌酸对R31生物被膜形成的抑制。     

胶孢炭疽菌G蛋白信号调控因子CgRGS3的生物学功能

G蛋白信号调控因子(regulators of G-protein signaling,RGS)是G蛋白的一类负调控因子,在植物病原真菌生长发育及致病过程中起着重要作用。为探究胶孢炭疽病菌1个RGS基因CgRGS3的生物学功能,利用PCR技术扩增CgRGS3基因并进行生物信息学分析,通过同源重组的方法获得该基因的敲除突变体,并在突变体的基础上获得互补株,通过表型分析确定CgRGS3的生物学功能。结果表明:CgRGS3编码1个含有367个氨基酸的蛋白,包含1个RGS功能域和3个跨膜区域,表型分析发现与野生型菌株相比,敲除突变体营养生长缓慢,分生孢子产量附着胞形成率显著降低,对Cu~(2+)、Fe~(2+)、Zn~(2+)离子更加敏感,细胞壁完整性发生改变,黑色素产量降低及致病力减弱等。由此可见,CgRGS3参与调控胶孢炭疽菌的营养生长,分生孢子产生及附着胞的分化、细胞壁完整性、黑色素产生及致病性等。     

荔枝霜疫霉中双组分信号转导系统的鉴定与表达分析

 荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)隶属于茸鞭生物界卵菌门疫霉属,由其引起的荔枝霜疫病是目前荔枝生产上一种最重要的病害,严重影响荔枝产量和鲜果品质。双组分信号途径在微生物中参与多种生命活动,但是在卵菌中尚未有相关研究。本研究通过生物信息学分析在荔枝霜疫霉中鉴定到2个杂合型组氨酸激酶(PlHK1、PlHK2)和1个响应调控蛋白(PlRR1)。其在卵菌中是保守存在的,并且与真菌在进化上相对独立。功能域分析表明,PlHK1和PlHK2的C端额外的融合了1个磷酸转移功能域(Hpt),这与真菌和植物的存在显著差异。转录分析表明3个基因在荔枝霜疫霉侵染阶段上调表达,并且响应渗透胁迫和氧化胁迫。以上结果揭示了双组分信号系统可能在疫霉致病过程中发挥重要作用。     

荔枝霜疫霉中双组分信号转导系统的鉴定与表达分析

 荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)隶属于茸鞭生物界卵菌门疫霉属,由其引起的荔枝霜疫病是目前荔枝生产上一种最重要的病害,严重影响荔枝产量和鲜果品质。双组分信号途径在微生物中参与多种生命活动,但是在卵菌中尚未有相关研究。本研究通过生物信息学分析在荔枝霜疫霉中鉴定到2个杂合型组氨酸激酶(PlHK1、PlHK2)和1个响应调控蛋白(PlRR1)。其在卵菌中是保守存在的,并且与真菌在进化上相对独立。功能域分析表明,PlHK1和PlHK2的C端额外的融合了1个磷酸转移功能域(Hpt),这与真菌和植物的存在显著差异。转录分析表明3个基因在荔枝霜疫霉侵染阶段上调表达,并且响应渗透胁迫和氧化胁迫。以上结果揭示了双组分信号系统可能在疫霉致病过程中发挥重要作用。     

草莓胶孢炭疽菌CFEM候选效应子的生物信息学鉴定及其侵染过程中的转录分析

病原真菌通常分泌效应子到寄主组织中调控寄主的生理过程,从而有利于其侵染。CFEM(common in several fungal extracellular membrane)蛋白是真菌所独有的,且与致病性密切相关。本研究利用Pfam数据库对草莓胶孢炭疽菌全基因组进行搜索,鉴定获得22个CFEM蛋白。对CFEM蛋白的信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位进行分析,结果表明仅有8个CFEM蛋白为分泌蛋白。对CFEM分泌蛋白在不同侵染阶段的转录情况进行转录组学及RT-PCR分析,结果显示8个CFEM蛋白在侵染后不同时期均有表达。其中,1个CFEM分泌蛋白于附着胞形成期特异表达,2个于活体寄生阶段特异表达,2个于死体寄生阶段特异表达。综合上述分析结果,预测这8个分泌蛋白可能为草莓胶孢炭疽菌的效应子。本研究为深入解析植物病原真菌CFEM效应子提供了理论依据。