SsAGM1介导UDP-GlcNAc合成参与核盘菌生长发育和致病力的研究

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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum(Lib.)de Bary)是一种死体营养型植物病原真菌,在全球范围内均有分布,可引起植物菌核病。核盘菌宿主范围广泛、生存能力强大、致病机制复杂,导致菌核病的防治十分困难。因此,阐明核盘菌生长、发育、致病的分子机制有助于挖掘潜在的药物靶标,为防治核盘菌引起的菌核病提供新策略。细胞壁是真菌中重要的结构,由几丁质、甘露聚糖、葡聚糖组成。几丁质约占丝状真菌细胞壁的10%-20%,在病原菌细胞存活、形态转变和致病过程中发挥着重要作用。尿苷二磷酸-N-乙酰基葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)是几丁质合成的直接前体。在UDP-GlcNAc生物合成过程中,N-乙酰葡糖胺磷酸变位酶(N-acetylglucosamine-phospho mutase,AGM1)催化的GlcNAc-6P向GlcNAc-1P的转化是非常关键的一步。AGM1已经在很多物种中被分离鉴定,参与细胞存活和细胞分裂等多种生物学过程。然而,AGM1在植物病原真菌中的研究尚未报道。本研究以核盘菌N-乙酰葡糖胺磷酸变位酶编码基因SsAGM1为靶基因,利用RNAi、基因过表达技术获得SsAGM1基因的沉默转化子和过表达转化子。通过分析不同菌株的几丁质含量、UDP-GlcNAc含量、营养生长、菌核和侵染结构、胁迫耐受性以及致病力,明确SsAGM1在核盘菌中的功能。本研究获得如下结果:1、克隆了核盘菌SsAGM1基因(SS1G_01582),生物信息学分析表明SsAGM1全长为1667 bp,编码蛋白含有N-乙酰葡糖胺磷酸变位酶结构域。2、菌丝经钙荧光白染色发现,在野生型菌株(WT)、对照菌株(CK)和过表达转化子中,荧光主要聚集在菌丝尖端和隔膜处;在SsAGM1沉默转化子中,荧光在菌丝中呈不规则点状聚集。通过对UDP-GlcNAc和几丁质定量分析发现,与WT、CK相比,SsAGM1沉默转化子中UDP-GlcNAc和几丁质含量显著降低,过表达转化子中几丁质含量显著升高,且SsAGM1的表达量影响UDPGlcNAc合成通路中关键基因GFA1、GNA1、UAP1的表达,表明SsAGM1参与核盘菌UDP-GlcNAc和几丁质合成,并影响几丁质合成通路相关基因的表达。3、与WT、CK和过表达转化子相比,SsAGM1沉默转化子生长速率显著下降且无法形成菌核,其菌丝在疏水表面上聚集但无法形成侵染结构,表明SsAGM1基因沉默影响核盘菌营养生长和发育过程的转变。4、于WT,CK相比,SsAGM1沉默转化子对细胞壁合成抑制剂(CR、SDS、CFW)和外源渗透物质(Na Cl、KCl和D-Sorbitol)敏感性显著增加,而过表达转化子的敏感性显著降低,表明SsAGM1参与核盘菌对细胞壁合成抑制剂和渗透胁迫的响应。5、经荧光显微镜观察显示,过表达转化子中SsAGM1-GFP融合蛋白主要分布于细胞质中,表明SsAGM1蛋白定位于核盘菌细胞质。6、利用拟南芥、番茄及大豆叶片进行离体侵染试验,接种48 h后,野生型、对照菌株及SsAGM1过表达转化子均在拟南芥、番茄及大豆叶片上引起大面积病斑,而SsAGM1沉默转化子无法侵入叶片,不形成病斑。SsAGM1沉默转化子侵染时间延长至4 d时,仍不形成病斑。利用创伤的番茄叶片进行侵染试验,获得相同结果。上述结果表明SsAGM1在核盘菌致病过程中发挥了重要作用。以上研究结果表明,核盘菌SsAGM1参与UDP-GlcNAc和几丁质合成,进而参与核盘菌营养生长、侵染垫形成、菌核形成、胁迫耐受和致病力。本研究阐明了SsAGM1在核盘菌生长发育和致病中的功能,为深入探究核盘菌几丁质合成和致病相关的分子机制奠定了基础。
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