RXLR类效应分子PITG_21645.2的基因序列分析及功能验证

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马铃薯(Solanum tuberosum)是一年生草本植物,茄科茄属。致病疫霉[Phytophthora infestans(Mont.)de Bary]是一种丝状植物卵菌,营养方式属于半活体营养型,能够导致最具毁灭性的马铃薯晚疫病。马铃薯晚疫病菌在长期的进化过程中变异速度快,菌株多样性丰富。本研究通过对PITG_21645.2在不同卵菌中的同源基因进行序列分析以及功能验证,以期为探索我国致病疫霉RXLR类效应分子在致病过程中的作用提供研究线索。  在本氏烟(Nicotiana benthamiana)上瞬时表达致病疫霉激发子INF1可以触发程序性细胞死亡(Programmed Cell Death, PCD)。前期,在本氏烟上鉴定到一个来自马铃薯晚疫病菌黑龙江菌株的RXLR类候选抑制子PITG_21645.2,与INF1共表达能抑制INF1激起的PCD反应,且与模式菌株T30-4的同源基因具有氨基酸序列多态性。在此基础之上,为验证PITG_21645.2为致病疫霉致病的重要效应分子,本实验依据全基因组测序的模式菌株T30-4的PITG_21645.2设计引物,克隆了10个致病疫霉菌株以及3个同属卵菌菌株中的PITG_21645.2同源基因。其DNA序列通过ExPASy-Translate tool( http://web.expasy.org/translate/)翻译成氨基酸序列。并通过 ClustalW(http://www.genome.jp/tools/clustalw/)进行对比分析氨基酸序列的多态性。发现该基因中13个等位基因编码的氨基酸序列相似度为93%~100%。利用瞬时表达技术,将13个PITG_21645.2同源基因分别与INF1在本氏烟叶片上共表达,发现PITG_21645.2MP903丧失了抑制功能。结合氨基酸序列分析,PITG_21645.2MP903的第31位氨基酸位点存在特异性,编码丝氨酸,其余同源基因在该位点均编码天冬酰胺。  利用Fast Mutagenesis System对PITG_21645.2MP903第31位丝氨酸回复突变为天冬酰胺,并与INF1在本氏烟共表达。PITG_21645.2MP903回复突变体(S31N)恢复抑制功能,说明第31位氨基酸位点是影响其抑制功能的关键位点。  除此之外,将PITG_21645.2分别与BAX,PsojNIP以及大豆疫霉菌效应分子Avh238在本氏烟叶片上共表达,发现PITG_21645.2也可以抑制BAX,PsojNIP以及Avh238在本氏烟叶片上激起的PCD,进一步证明PITG_21645.2可以从多途径抑制植物相关防御引起的PCD。有趣的是,PITG_21645.2MP903都丧失抑制功能,而PITG_21645.2MP903-S31N对BAX,PsojNIP以及Avh238在本氏烟叶片上激起的PCD都能恢复抑制功能,表明只要第31位氨基酸位点存在差异,就会影响PITG_21645.2的抑制子能力,进一步证实, 第31位氨基酸位点是影响PITG_21645.2抑制子功能的关键位点。  接着,我们利用半叶法在本氏烟叶片中瞬时表达PITG_21645.2HLJ以及空对照pGR106,各注满半个叶片,并在注射区域离体接种马铃薯晚疫病菌黑龙江菌株孢子悬浮液,结果显示, PITG_21645.2能够促进致病疫霉在寄主的侵染。从而提示PITG_21645.2在致病疫霉的侵染过程中发挥致病性功能。  综上所述,我们利用同源比对的方法对PITG_21645.2同源序列多态性进行分析,剖析识别关键位点,探索PITG_21645.2在抑制植物PTI和ETI中的作用,进而为全面探索RXLR类效应分子的功能提供研究基础。
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