青枯雷尔氏菌番茄宿主适应性基因的全基因组水平鉴定与功能探究

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青枯病是由青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的一种毁灭性的土传病害,给农业生产带来巨大损失。青枯菌遗传多样、寄主范围广、地理分布广泛,目前尚无有效的措施防治植物青枯病。青枯菌从植物根部侵入,在木质部维管束中迅速定殖,导致木质部导管阻塞和功能障碍,最终导致植物萎蔫死亡。番茄木质部是一个营养匮乏且动态变化的环境。青枯菌在侵染番茄后快速在木质部中大量定殖的原因尚不清楚。本研究从全基因组水平对青枯菌番茄宿主适应性基因进行了鉴定,促进了对青枯菌致病机制的全面了解;同时也对青枯菌番茄宿主适应性基因clp P所编码的ATP依赖的蛋白酶ClpP的功能进行了深入研究,为青枯病的防治提供新的潜在药物靶标。本研究主要研究结果如下:1、本研究基于青枯菌GMI1000构建了一个近饱和的转座子文库,插入位点的全基因组覆盖度高达70.44%-80.96%,可用于鉴定青枯菌在不同环境中的适应性基因。2、将转座子文库注射接种番茄,通过番茄植株内部环境压力筛选青枯菌番茄宿主适应性基因。结果表明,有130个基因被鉴定为青枯菌GMI1000在番茄体内生存所需的基因。这130个基因中,20个基因与“细胞壁/膜/被膜生物形成”相关;19个基因与“氨基酸转运和代谢”相关;13个基因与“能量生产与转化”相关;11个基因与“翻译后修饰、蛋白质周转、伴侣”相关。3、本研究选取了16个潜在的青枯菌番茄宿主适应性基因,逐一进行了基因敲除,并获得了相应的基因缺失突变体。对16个突变体的生长曲线和致病力进行测定,发现8个突变体的生长弱于野生型GMI1000;9个突变体的致病力弱于野生型GMI1000。4、对其中7个突变体在番茄木质部中的定殖量和适应性竞争指数进行测定,发现基因RS_RS01965、基因RS_RS04475、基因RS_RS09970、基因RS_RS04490、基因RS_RS10340和基因RS_RS08645为青枯菌适应番茄宿主内环境所必需,符合Tn-seq的结果。5、基因RS_RS08645编码ATP依赖的蛋白酶ClpP。本研究对其缺失突变体的生物学表型进行测定,发现ClpP蛋白酶正调控青枯菌的生长和致病力,负调控运动性和生物膜的形成,参与调控的关键氨基酸活性位点为120位的丝氨酸。ClpP蛋白酶所依赖的ATP酶Clp X和Clp A共同正调控青枯菌的生长、致病力和运动性,负调控生物膜的形成。
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