禾谷镰刀菌Golgin蛋白FgRud3的生物学功能分析

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小麦赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是小麦作物上的重要病害之一,严重影响了小麦的品质和产量,受到耕作制度和气候变化的影响,该病害的发病趋势逐年加重。禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)是小麦赤霉病的主要致病菌之一,其产生的真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)会对谷物造成污染,威胁人类和动物的健康。囊泡运输作为真核生物的一个最基本的生理过程,它也在致病真菌中调控致病真菌的致病性中起到非常重要的作用。哺乳动物Golgin蛋白GMAP-210在囊泡运输中负责束缚囊泡,促进膜融合,在酵母中已有GMAP-210同源蛋白Rud3的定位研究,但作用机制并不清楚。目前在丝状真菌中Rud3的功能研究还未有报道。本研究通过与酵母Rud3蛋白序列比对,从禾谷镰刀菌PH-1数据库中鉴定到有一个Rud3同源蛋白,命名为Fg Rud3,它大部分定位于顺式高尔基体上,极少数定位于反式高尔基体和内涵体。通过与尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)、粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)、稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和白色念珠菌(Candida albicans)的Rud3进行序列比对发现,Fg Rud3具有CC(Coiled-coil)、GA2(GRAB-associated 2)、GRAB(GRIP-related Arf binding)、GA1(GRAB-associated 1)等结构域。借助PCR扩增技术和Split-marker PCR技术得到了敲除片段载体,然后进行PEG介导原生质体的制备和转化,经过PCR和Southern blotting验证得到了4个转化子。相较于野生型,我们对突变体ΔFgrud3的生物学表型观察发现:(1)ΔFgrud3突变体在各种培养基上的菌丝生长速率都下降约30%,气生菌丝高度下降40%,在显微镜下观察到ΔFgrud3菌丝分支分叉较多,菌丝分叉短而密,不影响分生孢子产量和萌发;(2)ΔFgrud3突变体正常产生子囊壳和子囊孢子,但影响子囊的正常形态;(3)ΔFgrud3突变体对Na Cl、KCl、山梨醇、刚果红、SDS的敏感性下降;(4)低浓度的H2O2可以促进突变体的生长,高浓度的H2O2抑制突变体生长,表明Fg Rud3在盐胁迫、细胞壁胁迫、细胞膜胁迫和氧胁迫方面至关重要;(5)ΔFgrud3突变体在侵染番茄、小麦胚芽鞘和扬花期小麦麦穗中的致病性下降约50%,DON毒素产量降低50%,毒素合成相关基因TRI基因表达量下降30%以上,但不影响毒素体形成。v-SNARE蛋白Fg Sec22在野生型PH-1中大多定位于内质网,参与内质网与高尔基体之间循环。在ΔFgrud3突变体中,我们发现Fg Sec22大多定位于顺式高尔基体,说明FgRud3影响COPI囊泡运输。通过酵母双杂试验和Bi FC试验验证Fg Rud3通过CC结构域进行自身互作,GA2和GRAB结构域会影响互作强度,自身互作位点在顺式高尔基体上,并且CC和GRAB结构域对于Fg Rud3自身定位极为重要,GA2次之,GA1基本不影响Fg Rud3自身定位。对Fg Rud3的结构域进行单独的敲除,发现敲除CC和GRAB结构域突变体在生理表型上与ΔFgrud3突变体表型一致,敲除GA2结构域突变体表型部分恢复,敲除GA1结构域突变体表型完全恢复。以上结果表明,Fg Rud3对禾谷镰刀菌菌丝生长发育、有性生殖、致病性等方面起着重要作用,并且调控Fg Sec22的循环。
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