玉米弯孢叶斑病菌非核糖体肽合成酶4(ClNPS4)基因功能初步研究

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由新月弯孢菌[Curvularia lunata(Wakker)Boed.]侵染引起的玉米弯孢叶斑病是全世界分布最广泛的玉米叶部病害之一,也给我国玉米产业造成严重威胁。目前对于玉米弯孢叶斑病菌致病因子的研究主要集中在细胞壁降解酶、非寄主选择性毒素、黑色素及营养元素铁离子等方面,对其次生代谢途径及其产物对致病力影响分子机制的研究工作较少。微生物的非核糖体肽合成酶(Nonribosomal Peptide Synthetase)负责合成低分子量次生代谢产物。其中NPS6和NPS2在多个丝状真菌中结构保守,功能稳定,分别与胞外铁载体生物合成和胞内铁载体生物合成密切相关;NPS4在病原菌表面疏水性和分生孢子形态建成等方面起到重要作用。目前,该基因对玉米弯孢叶斑病菌生长发育和致病机理影响尚不明确,因此本文通过NCBI的blast获得ClNPS4及其他子囊菌属真菌NPS4序列,建立系统发育树并预测其蛋白结构域,构建了NPS4基因敲除载体和互补载体,采用ATMT(Agrobacterium tumeficans-mediated transformation)遗传转化的方法获得其敲除与互补突变体,最后对ClNPS4进行生物学特性分析。为研究ClNPS4基因功能奠定基础,从次生代谢角度解释玉米弯孢叶斑病菌致病机制,为该病害的防治提供理论基础依据。取得研究结果如下:1.ClNPS4基因克隆和生物信息学分析。采用生物信息学法确定玉米弯孢叶斑病菌NPS4基因,全长21606bp(GenBank:KY471559.1),包含一个开放阅读框,编码7201个氨基酸。构建系统进化树,发现玉米弯孢叶斑病菌NPS4基因与ChNPS4同源性最高,进化关系最近。结构域分析表明,ClNPS4与ChNPS4结构域模块完全一致,由19个模块构成,C、A、T、E四个结构域组成,推测ClNPS4与ChNPS4功能相似。预测其代谢产物化学式为C10N4O4H17,但并未纯化产物进行结构分析。2.ClNPS4基因敲除及互补突变体的获得。本试验分别采用传统酶切连接方法和Overlap PCR结合一步克隆法构建了ClNPS4基因敲除载体及互补载体,利用电击法将敲除载体及互补载体转入农杆菌AGL-1中,利用ATMT技术获得ClNPS4基因敲除和互补突变体,对候选突变体进行了抗生素筛选和PCR验证,证明突变体ΔClnps4、ΔClnps4-C敲除成功且性状稳定遗传。3.ClNPS4基因对玉米弯孢叶斑病菌生长发育和致病力的影响。分生孢子萌发率测定结果表明,与野生型和互补菌株相比,突变体ΔClnps4分生孢子萌发速率降低。生物量测定结果表明,ΔClnps4突变体生物量显著高于野生型和互补菌株。接种试验结果表明ΔClnps4致病力显著低于野生型和互补菌株。次生代谢产物检测的结果表明ClNPS4基因对次级代谢产物合成具有一定影响。ClNPS4基因对病原菌菌落形态、生长速率、产孢量、色素合成、胁迫应答及疏水性均无显著影响。
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