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本论文对玉米大斑病菌PKC基因进行了克隆、生物信息学分析和药物学(PKC的特异性抑制剂)分析,初步明确了玉米大斑病菌信号转导途径中的PKC基因与分生孢子萌发和附着胞形成的关系;此外,本文还探讨了光照、酸碱胁迫、营养胁迫和孢子浓度4种因素对病菌分生孢子萌发和附着胞形成的影响,结果如下:
1.玉米大斑病菌分生孢子萌发及附着胞形成的适宜pH为5.0~7.0,此范围内孢子萌发率可达95%,附着胞形成率可达85%。一定浓度的蔗糖、葡萄糖、D-果糖、玉米叶汁均能促进孢子萌发,最适宜的糖浓度为5%。各种光照处理对病菌孢子萌发和附着胞形成的影响差异不大。研究发现,孢子浓度对病菌孢子萌发和附着胞形成影响极大,浓度≤104个/mL时,孢子萌发率及附着胞形成率高达100%,但高浓度下(≥10 5个/mL)却表现出强烈的抑制作用,推测真菌在产孢期间孢子萌发顶端形成了被称为自身抑制子(self-inhibitor)的小分子量亲脂性物质所致。
2.根据已知病原真菌PKC基因核苷酸保守区域设计简并引物,以玉米大斑病菌菌株01-23基因组DNA为模板,通过PCR技术获得PKC基因的同源片段,利用简并引物逐步延伸方法和染色体步移技术获得了PKC基因的DNA全长,共3837个核苷酸。根据所得PKC基因的DNA全长序列的5和3端序列设计特异引物,以病菌cDNA为模板,扩增得到PKC基因的全长cDNA序列。通过DNA序列和eDNA序列对比分析后,发现PKC基因编码一个1171个氨基酸的多肽,DNA序列含有6个分别为50 bp、62 bp、51 bp、49 bp、52 bp和57 bp的内含子,所有内含子都符合GT-AG法则。BLASTx分析表明,PKC基因与玉米小斑病菌的蛋白激酶C基因的同源性高达92%;SignalP预测结果显示玉米大斑病菌PKC的假定蛋白不含有信号肽序列,TMPRED分析推测含有一条长约20个氨基酸的位于C端的跨膜区域。Southern杂交表明,PKC基因在病菌基因组中以单拷贝形式存在。
3.InterProScan分析显示,玉米大斑病菌PKC基因编码的假定蛋白含有6个保守结构域,分别为Pkinase_c、S_TKc、ATP位点、C1、C2和HR1。Swissmodel预测的玉米大斑病菌3D结构与玉米小斑病菌完全一致,与稻瘟病菌PKC基因比较仅一个α螺旋的差异。利用蛋白激酶C特异性抑制剂白屈菜赤碱(chelerythrine)处理病菌孢悬液,发现浓度在10μM时孢子萌发抑制率达100%,8μM时完全抑制了附着胞的形成。此外,抑制剂在孢子萌发和附着胞形成早期具有很强的作用。
试验从基因克隆、生物信息学分析和PKC基因特异性抑制剂作用等三个方面进行研究,证明PKC基因与玉米大斑病菌孢子萌发和附着胞形成有关,为深入研究病原真菌与寄主互作的分子机理,制定新的病害防治策略提供科学依据。