梨果黑斑病菌磷脂酶C生物学功能及其调控果皮物化信号诱导附着胞形成的分子机制

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磷脂酶C(Phospholipase C,PLC)是钙信号途径中的关键酶,可通过调控胞内Ca2+浓度调节生物的细胞发育等多种生理功能,在病原真菌响应外界刺激进而启动致病过程中具有重要的调控作用。前期研究表明梨表皮蜡质和疏水性与Alternaria alternata侵染结构形成之间呈现一定相关性,但PLC如何通过Ca2+信号途径调控梨果皮物化信号诱导A.alternata侵染结构形成的机制尚未见报道。本研究以梨果黑斑病菌A.alternata为研究对象,在前期对AaPLCs(A.alternata phospholipase C,AaPLCs)基因克隆和生物信息学分析的基础上,通过药理学方法和分子生物学技术系统的研究了AaPLCs的生物学功能及对梨果皮物化信号诱导A.alternata侵染结构形成的调控机制,主要研究结果如下:1.在疏水表面诱导A.alternata侵染结构形成过程中,其胞内钙离子的集中分布随侵染结构发生变化。PLC抑制剂新霉素处理显著降低了梨果皮蜡质和疏水性刺激的A.alternata孢子萌发和附着胞形成,10μM新霉素处理的A.alternata在果蜡涂膜表面培养4 h后附着胞形成率较对照降低了47.4%。外源钙处理对新霉素处理引起附着胞形成的减少没有影响,但可部分恢复孢子萌发。同时新霉素也影响了A.alternata毒素的合成。2.梨果蜡提取物显著激活了A.alternata AaPLCs基因的表达水平。与野生型相比,△AaPLC1突变株生长迟缓,在3 d时较野生型降低了80.8%,AaPLC2的缺失导致菌落形态发生变化,而ΔAaPLC3生长没有明显差异。AaPLCs对A.alternata响应外源胁迫的调控存在差异。ΔAaPLC1突变株对高盐和细胞壁合成抑制剂胁迫敏感性增加,而AaPLC2的缺失提高了在盐胁迫下生长的耐受性,ΔAaPLC3对于SDS敏感性增加。此外,ΔAaPLC1突变株致病性降低,毒素合成降低,黑色素含量增加。AaPLC2和AaPLC3两个基因功能相似,对致病性影响不明显,但对毒素合成调控存在差异。3.通过人工涂膜、洋葱表皮及梨果皮试验发现果蜡涂膜的疏水表面能显著诱导野生型和ΔAaPLC突变株孢子萌发和附着胞形成,且ΔAaPLCs孢子均能正常萌发,但对附着胞和侵染菌丝的影响存在差异,AaPLC1的缺失导致附着胞和侵染菌丝形成显著低于野生型,在果蜡表面培养4 h后,ΔAaPLC1附着胞形成降低了50.1%。而ΔAaPLC2和ΔAaPLC3均能正常形成侵染菌丝。综上所述,AaPLCs在梨黑斑病菌A.alternata的生长、致病性和生物胁迫应激中具有重要的调控作用,且PLC介导的钙信号传导途径参与了A.alternata响应梨果皮蜡质物化信号进而启动侵染的调控。
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