水稻白叶枯病菌和水稻细菌性条斑病菌对申嗪霉素敏感性调控机制研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:roycetang
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前期研究表明PCA能够干扰Xoo的氧化还原平衡状态,导致菌体内活性氧(ROS)显著积累,因此本研究对Xoo和Xoc中所有过氧化氢酶在PCA作用过程中的功能进行了探索,发现PCA可以显著提高过氧化氢酶编码基因catB和katE的表达量。此外,外源添加过氧化氢酶可以降低Xoo和Zoc对PCA的敏感性。Xoo和Xoc中过氧化氢酶基因catB缺失突变体中过氧化氢酶活力均显著降低,对PCA敏感性增强,对水稻致病力减弱。其他过氧化氢酶基因(katE、srpA、katG)缺失突变体对PCA的敏感性变化不明显。这些结果表明,在Xoo和Xoc中,由catB编码的过氧化氢酶CatB在菌体对抗PCA诱导胁迫的过程中发挥重要作用。锚定蛋白是胞内接头蛋白家族成员之一,其功能在人体中研究比较透彻,主要参与蛋白结构调控和信号转导,而在植物病原细菌中的功能还不是;f艮清楚。本研究中鉴定了植物病原细菌Xoo和Zoc中一个新颖的类锚定蛋白AnkB的功能,当用PCA处理Xoo和Xoc时,菌体内编码该蛋白的基因表达量显著上调。此外,我们发现ankB基因在Xoo和Xoc基因组中的位置相同,均位于catB基因(编码过氧化氢酶CatB)下游58 bp。当Xoo和ankB中缺失时,菌体内catB基因的表达量和过氧化氢酶的活力显著降低。通过GST pull-down实验,我们进一步发现锚定蛋白AnkB能与过氧化氢酶CatB发生直接互作。缺失ankB,Xoo和Xoc对H2O2和PCA的敏感性显著增强,生物膜、游动性、胞外多糖以及致病力显著降低。在黄单胞属细菌中,ankB基因的位置以及AnkB蛋白功能域的氨基酸序列高度保守,表明锚定蛋白AnkB在Xoo和Xoc抗氧化系统和致病性中发挥重要作用。OxyR和SoxR是大多数细菌体内重要的氧化应激转录调节因子。在产吩嗪类化合物的有机体中,内源性的吩嗪类化合物能够激活SoxR。在不产吩嗪类化合物的植物病原细菌中,OxyR和SoxR能否被外源PCA激活从而参与菌体的氧化应激过程还不清楚。本研究发现PCA能激活和Xoc中的转录因子OxyR,而不能激活转录因子SbxR。尽管Xoo和Xoc是两个亲缘性非常相近的菌种,但是Xoo对PCA和H2O2更加敏感,并且Xoo菌体内的抗氧化系统存在一定缺陷,如Xoo菌体内的总抗氧化能力和总过氧化氢酶活力都低于Xoc。通过氨基酸序列比对,我们发现Xoo和Xoc中oxyR存在10个差异氨基酸位点。本研究通过将Xoo和Zoc中的oxyR基因进行置换,阐明了Xoo和Xoc在总抗氧化能力、总过氧化氢酶活力以及对PCA和H2O2敏感性存在差异的分子机制。此外,本研究还发现OxyR能够影响Xoo和Xoc在贫营养基中的生长以及对水稻的致病力。本研究以Xoo ZJ173为出发菌株,通过室内药剂驯服的方法,得到四株抗PCA的Zoo菌株(P1,P2,P3和P4),其中只有P4的抗药性能够稳定遗传。P4对其他吩’秦类化合物吩秦和1-羟基吩’秦同样具有抗性,但是对克菌丹、塞枯唑和链霉素这三种常用药剂无显著抗性。和野生型菌株Xoo ZJ173相比,P4的生长速率、致病力、EPS产量、胞外纤维素酶活性、生物膜形成和游动性均有不同程度的减弱。PCA处理后P4体内无ROS积累,且P4对外源H2O2的敏感性增强,菌体内过氧化氢酶的基因表达量和过氧化氢酶活力显著增加。综上所述,Xoo对PCA的抗性风险低且抗性菌的适合度低,PCA可以和其他常用杀菌剂交替使用应用于生产上控制水稻白叶枯病,PCA的抗性与其抗氧化系统能力增强相关。
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