UvXlnR和UvHxt1蛋白参与调控稻曲病菌糖利用的研究

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水稻作为我国最主要的粮食作物,其产量和品质不仅影响农业经济效益,同时也关系到国家的粮食安全。由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)引起的稻曲病作为水稻主要病害之一,对水稻的安全生产构成严重威胁。稻曲病菌侵染水稻后,不仅降低了水稻的产量和质量,产生的稻曲毒素还会对人和动物的健康造成危害。目前,稻曲病的防治措施以施用化学农药为主。农药的大量使用不仅会加重环境污染,也会导致病原菌产生抗药性。因此,解析稻曲病菌的致病机理,对新型杀菌剂和抗病材料的开发具有指导意义。在侵染过程中,稻曲病菌需要从水稻中吸收营养物质进行定殖,本研究以此为出发点对两个糖利用相关蛋白在稻曲病菌生长发育及致病过程中的功能进行分析,结果如下:1.通过对稻曲病菌全基因组序列进行分析,鉴定了Zn(II)Cys6锌指蛋白家族,并对其中的木聚糖酶转录因子编码基因UvXlnR的功能进行研究。通过对该基因侵染时期表达量分析发现,UvXlnR在菌丝营养生长阶段表达量较低,病原菌接种水稻后,表达量在3 dpi和13 dpi有两个明显高峰;推测UvXlnR基因在稻曲病菌侵染水稻后的定殖和营养生长过程中均发挥重要功能。对UvXlnR进行敲除和表型分析发现,与野生型菌株相比,基因敲除突变体菌丝生长速率加快;分生孢子数量减少,孢子形态发生改变;对水稻的致病力几乎丧失;且胞外的木聚糖酶酶活性降低;对不同碳源的利用率也显著下降。通过压力胁迫敏感性测定发现,UvXlnR基因的缺失影响细胞壁胁迫、渗透压胁迫以及氧化应激反应。结果表明,UvXlnR基因参与调控稻曲病菌生长、产孢、致病、糖利用等多种代谢途径。2.通过全基因组分析在稻曲病菌中鉴定到7个己糖转运蛋白编码基因。通过对UvHxt基因在己糖转运蛋白缺陷型酵母突变体菌株中进行异源表达,结果发现UvHxt1表现出最强的糖转运恢复能力,因此对其进行进一步研究。对UvHxt1在侵染时期的表达量进行分析,发现其在侵染后期13 dpi时表达量最高。对UvHxt1敲除突变体进行分析,发现该基因缺失后菌丝生长速度减慢;分生孢子产生减少并且对水稻的致病力下降,表明其对病原菌侵染宿主起到正调控作用。同时,UvHxt1基因参与调控细胞壁胁迫、渗透压胁迫以及氧化应激反应,并参与对不同糖源的吸收利用过程。结果表明,UvHxt1基因参与调控稻曲病菌生长、产孢、致病以及糖吸收的多种代谢途径,在稻曲病菌生长发育过程中具有重要作用。综上所述,糖利用相关蛋白UvXlnR与UvHxt1在稻曲病菌生长发育及致病过程中的起重要作用。为稻曲病菌营养运输与致病机制的阐明提供了研究基础,并为后续稻曲病的防治提供了重要依据。
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