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bHLH转录因子家族是真核生物中高度保守的一类转录因子,研究发现,该类转录因子广泛存在于动物、植物和真菌中,在真核生物的生长和发育调控过程中起重要作用。迄今为止,关于bHLH转录因子的研究主要集中于植物和动物,关于真菌bHLH转录因子的研究相对较少。如在稻瘟病菌及曲霉属的研究中表明bHLH转录因子参与菌丝生长发育、分生抱子产生及附着胞发育等重要生长阶段。但是,关于玉米大斑病菌bHLH转录因子的研究还尚未有系统的报道。因此,本研究拟利用生物信息学相关技术在玉米大斑病菌全基因组范围内鉴定bHLH家族转录因子,并对该家族成员基因及其所编码蛋白的结构特性、理化性质等进行分析,利用RNA-Seq技术研究该家族成员在玉米大斑病菌生长发育各时期的表达情况。进一步克隆酿酒酵母的同源基因,即StbHLH家族成员基因StbHLH10,将其命名为StRTG3,并创制StRTG3基因沉默突变体,初步探究该基因的功能。本研究可以在整体上明确玉米大斑病菌StbHLH蛋白家族的基本特征,初步探索该蛋白家族在病脔生长发育过程中所发挥的作用,为进一步探究病菌StbHLH转录因子家族各成员的功能奠定了基础。另外,筛选鉴定了StRTG3基因沉默转化子为进一歩解析该基因的功能提供了材料基础。主要结果如下:
1.在玉米大斑病菌中共鉴定得到了14个bHLH转录因子家族成员,对该家族成员的基因结构分析发现,其中有7个基因不包含内含子,其他7个基因为断裂基因;理化性质分析表明,该家族成员蛋白多数呈现弱酸性;构建酿酒酵母、稻瘟病菌和玉米大斑病菌这3个物种中bHLH家族转录因子的系统发育进化树,分析发现多数玉米大斑病菌bHLH家族成员与稻瘟病菌同处一个分支,表明相较于酿酒酵母,玉米大斑病菌与稻瘟病菌的亲缘关系更为接近。
2.通过分折玉米人斑祸脔菌丝生长、分生孢子产生、芽管伸长、附着胞发育和侵入钉形成5个生长发育时期得到的转录组数据,发现除StbHLH1基因不表达外,其他家族成员基因均有不同水平的表达。随机选取其中3个基因,以3个发育阶段的总RNA为模板进行实吋荧光检测分析,结果显示这些基因的表达水平变化趋势与转录组数据结果相一致,进一步证实了上述转录组数据的可靠性,表明这些基因参与病菌的上述发育过稃。
3.通过与酿酒酵母ScRTG3进行比对,在玉米大斑病菌基因组数据库中鉴定得到了RTG3的同源基因,该基因为病菌bHLH转录固子家族成员StbHLH10,我们将其命名为StRTG3,对该基因进行克隆,发现其基因全长1659bp,不包含内含子。
4.以pSilent-l钗体为骨架,构建了含有潮霉素抗性的StRTG3基因沉默载体pSilent-1∶SlRTG3。通过PEG介导的原生质体转化方法,将沉默载体转化至病菌的原生质体中,通过潮霉素抗性多次筛选、qRT-PCR验证,获得了2株StRTG3基因沉默转化子R3-1和R3-3,其表达水平分别为野生型菌株该基因表达水平的43%和51%。
5.与野生型相比较,基因沉默转化子菌落的生长速率均降低,菌落颜色为灰白色,转化子的气生菌丝更加致密;转化子在高渗胁迫条件下菌落生长速率明显降低:转化子穿透玻璃纸的能力均降低。初步推测StRTG3基因参与菌丝发育及穿透过程的调控。
6.以pET32a载体为骨架,构建得到了原核系统表达载体pET32a-StRTG3,且在原核系统中表达并纯化了StRtg3-6×His重组蛋白。进一步利用EMSA技术证明了StRtg3能与高渗胁迫相关基因StMSN2启动子区的STRE元件(5'-GGTACC-3')直接结合。体外初步证明了StRtg3对靶基因StMSN2具有转录调控作用。
1.在玉米大斑病菌中共鉴定得到了14个bHLH转录因子家族成员,对该家族成员的基因结构分析发现,其中有7个基因不包含内含子,其他7个基因为断裂基因;理化性质分析表明,该家族成员蛋白多数呈现弱酸性;构建酿酒酵母、稻瘟病菌和玉米大斑病菌这3个物种中bHLH家族转录因子的系统发育进化树,分析发现多数玉米大斑病菌bHLH家族成员与稻瘟病菌同处一个分支,表明相较于酿酒酵母,玉米大斑病菌与稻瘟病菌的亲缘关系更为接近。
2.通过分折玉米人斑祸脔菌丝生长、分生孢子产生、芽管伸长、附着胞发育和侵入钉形成5个生长发育时期得到的转录组数据,发现除StbHLH1基因不表达外,其他家族成员基因均有不同水平的表达。随机选取其中3个基因,以3个发育阶段的总RNA为模板进行实吋荧光检测分析,结果显示这些基因的表达水平变化趋势与转录组数据结果相一致,进一步证实了上述转录组数据的可靠性,表明这些基因参与病菌的上述发育过稃。
3.通过与酿酒酵母ScRTG3进行比对,在玉米大斑病菌基因组数据库中鉴定得到了RTG3的同源基因,该基因为病菌bHLH转录固子家族成员StbHLH10,我们将其命名为StRTG3,对该基因进行克隆,发现其基因全长1659bp,不包含内含子。
4.以pSilent-l钗体为骨架,构建了含有潮霉素抗性的StRTG3基因沉默载体pSilent-1∶SlRTG3。通过PEG介导的原生质体转化方法,将沉默载体转化至病菌的原生质体中,通过潮霉素抗性多次筛选、qRT-PCR验证,获得了2株StRTG3基因沉默转化子R3-1和R3-3,其表达水平分别为野生型菌株该基因表达水平的43%和51%。
5.与野生型相比较,基因沉默转化子菌落的生长速率均降低,菌落颜色为灰白色,转化子的气生菌丝更加致密;转化子在高渗胁迫条件下菌落生长速率明显降低:转化子穿透玻璃纸的能力均降低。初步推测StRTG3基因参与菌丝发育及穿透过程的调控。
6.以pET32a载体为骨架,构建得到了原核系统表达载体pET32a-StRTG3,且在原核系统中表达并纯化了StRtg3-6×His重组蛋白。进一步利用EMSA技术证明了StRtg3能与高渗胁迫相关基因StMSN2启动子区的STRE元件(5'-GGTACC-3')直接结合。体外初步证明了StRtg3对靶基因StMSN2具有转录调控作用。