香蕉枯萎病菌依赖FoQDE2的milRNAs的鉴定与功能分析

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由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense)引起的香蕉枯萎病严重威胁着全球的香蕉生产,有关病原菌致病机理的研究亟待新的进展。而真核生物的非编码RNA(Non-coding RNA,ncRNA),包括一类内源单链microRNA(mi RNAs),可通过与靶标基因完全或不完全结合抑制其靶标基因的表达,在生长发育的不同阶段发挥重要的调控功能。真菌milRNAs(microRNA-like RNAs)的发现为真核生物小分子RNA的功能研究奠定了基础,但目前在香蕉枯萎病菌中鲜有milRNAs功能的报道。本研究应用小分子RNA高通量测序技术,分析比较了香蕉枯萎病菌野生型和FoQDE2基因敲除突变体的milRNAs的表达,并对目标小RNA(Samll non-coding RNAs,s RNAs)进行功能研究,结果如下:1.香蕉枯萎病菌依赖FoQDE2产生的s RNAs的生物信息分析以纯培养条件下香蕉枯萎病菌野生型与FoQDE2基因缺失突变体菌株为测序对象,通过对其小分子RNA数据生物信息分析我们得到了3595条s RNAs序列,其中156条在FoQDE2基因缺失突变体表达量显著下调s RNAs,22条表达量显著上调。生物信息分析显示在20-24 nt的范围内FoQDE2基因突变体中的s RNAs占比要低于野生型,同时多数以尿嘧啶(U)开头。2.依赖FoQDE2基因产生milRNAs的鉴定及其在致病初期的表达量检测对初步预测的156条显著下调s RNAs进行二级结构预测与IGV可视化分析,我们发现部分具有较好的milRNAs前体二级结构,且同一前体可能产生多个milRNAs;通过进一步q RT-PCR验证筛选出4条s RNAs在(?)FoQDE2中表达量降低的同时在致病接种初期的表达量显著提高,将其分别命名为milR109、milR123、milR130、milR133。经反转录PCR克隆测序,发现milR109长21 nt、milR123长25 nt、milR133长22 nt都是比较典型的milRNAs,而milR130长140 nt推测可能是长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)。3.依赖FoQDE2基因产生目标milRNAs缺失型突变体的筛选与鉴定使用PEG介导的原生质体转化法,对选定目标milRNAs进行前体片段敲除,因milR123产生位置与milR109靠近所以一起敲除。经PCR检测获得前体成功敲除突变体(?)milR109、(?)milR130及(?)milR133;q RT-PCR检测发现目标milRNAs在对应的敲除突变体中均不表达。4.依赖FoQDE2基因产生目标milRNAs缺失型突变体的表型分析(?)milR109、(?)milR130及(?)milR133的菌株形态、生长速率、分生孢子大小均与野生型没有显著差异;产孢量存在不同程度下降,其中(?)milR133下降达到一半左右。在孢子的耐热性测定与穿透能力测定试验中(?)milR133的存活率降低、孢子穿透能力丧失,而突变体(?)milR109、(?)milR130未表现出显著差异。三者对于过氧化氢、细胞壁抑制剂、近紫外光照射均未受到显著影响。5.依赖FoQDE2基因产生目标milRNAs缺失型突变体的致病能力检测对突变体菌株致病能力检测发现,(?)milR130、(?)milR133在番茄接种结果中病斑明显减小,(?)milR133表现得更加稳定,(?)milR109则没有明显差异。在接种寄主香蕉后,寄主的发病情况表现出不同程度的减弱,其中,(?)milR133接种后病情指数出现显著降低。6.依赖FoQDE2基因产生目标milRNAs靶标基因的初步预测通过网站对milR109、milR123、milR133靶标基因进行初步预测发现,在其缺失型突变体中,有一些基因表达量显著上调,例如:E3泛素蛋白连接酶BRE1基因、过氧化氢酶基因等。上述结果表明,香蕉枯萎病菌中的milR133积极参与孢子产生、孢子活力以及调控病原菌的致病能力。为研究真菌中milRNAs的功能增加了新的证据,也为进一步解析香蕉枯萎病菌致病机理奠定了基础。
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