禾谷镰刀菌氧甾醇结合蛋白家族的功能分析

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小麦赤霉病(Fusarium head blight of wheat,FHB)是一种全球性的真菌病害,在我国小麦产区同样造成严重危害。由于缺乏有效的抗病品种,小麦赤霉病在我国小麦产区呈逐渐加重的趋势。多种病原菌可引发赤霉病,但引发小麦赤霉病的最主要致病菌为禾谷镰刀菌(Fusarium graminearun)。禾谷镰刀菌侵染小麦时会产生次生代谢产物污染小麦的品质,进而人畜食用后会造成伤害。近年来,脂类合成在禾谷镰刀菌生理功能和致病方面的研究已有报道。氧甾醇结合相关蛋白(Oxysterol binding protein)作为早期报导的脂质转移蛋白,其在哺乳动物、被子植物和酵母中的研究已经非常透彻。禾谷镰刀菌作为农业生产中常见的致病真菌,对氧甾醇结合相关蛋白的生物学功能等方面缺乏研究。本研究通过生物信息学的手段,从禾谷镰刀菌PH-1全基因组数据库中比对出7个氧甾醇结合蛋白家族的成员,分别将它们对应的基因命名为Fg OSHA、Fg OSHB、Fg OSHC、Fg OSHD、Fg OSHE、Fg OSHF和Fg OSHG。通过SMART结构域的分析显示,这7个氧甾醇结合相关蛋白都含有Oxysterol_BP结构域,其中Fg Osh A和Fg Osh B含有PH结构域,而Fg Osh A含有独特的重复结构。MEGA构建进化树的结果表明,禾谷镰刀菌氧甾醇结合蛋白可分为四个组,不同组的蛋白之间有着一定的差异。禾谷镰刀菌氧甾醇结合蛋白与粗糙麦孢菌、烟曲霉和构巢曲霉的亲缘关系近,表明它们之间在某些功能上应当有相似的应用。根据同源重组的原理,采用Split-marker PCR的技术构建了Fg OSHA-G基因敲除载体。通过PEG介导的原生质体转化法,获得基因敲除突变体。通过PCR验证以及Southern Blot验证后,7个Fg OSHA-G基因分别获得相对应的缺失突变体。根据后续实验的需求在突变体的基础上进一步获得ΔOSHB-C回补菌株。研究结果表明:相较于野生型PH-1菌株,ΔOSHB突变体菌株生长缓慢,但是在无性生殖产孢和有性生殖产子囊壳上没有变化;相较于野生型,ΔOSHB突变体菌株的致病性大大降低,病情指数较野生型菌株下降了80.5%,DON毒素的产量较野生型PH-1菌株下降54.7%,与此同时调控毒素合成的重要基因TRI5、TRI6和TRI10的表达水平分别下降了12.1%、50.6%和34.0%;相较于野生型PH-1菌株,ΔOsh B突变体菌株内吞作用减弱,与此同时与内吞作用相关的基因MYO5、EDE1和SYP1的表达量较野生型PH-1菌株分别下降了47.9%、50.3%和38.6%;同时本实验还证明了Fg Osh B与Fg Myo5为互作蛋白。综上可知,这些研究结果表明了禾谷镰刀菌氧甾醇结合蛋白相关基因中只有Fg OSHB参与了菌丝的生长发育、孢子侵染、胞膜内吞、DON毒素产生,而且还调控了下游产毒基因和内吞相关基因的表达。
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