稻瘟菌MoNLP基因家族的功能研究

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在自然界中,非寄主抗性是一个植物种内的所有个体对一种特定病原菌的所有菌株表现的抗性,它具有广谱和持久的特性。目前尚不清楚非寄主植物的免疫系统是如何识别非亲和病原菌从而激发下游的防卫反应。烟草是稻瘟菌的非寄主,因此,本研究以烟草与稻瘟菌为互作模式系统,探索用激活标签法构建稻瘟菌基因组文库,寻找能够引起植物强烈免疫的克隆。利用经改造的双元载体构建了稻瘟菌基因组文库,通过农杆菌在烟草上瞬时表达稻瘟菌基因进行筛选。同时,分析了瞬时表达体系中35S启动子和增强子在稻瘟菌基因激活表达过程中的作用效果,发现35S启动子的作用更为明显。通过筛选了大约1万个克隆,得到2个可以引起烟草细胞死亡的激发子候选基因,以上结果表明从基因功能出发,筛选病原菌潜在激发子的研究策略是可行的,它将有效促进非寄主抗性的遗传解析研究。通过核苷酸和氨基酸序列比对分析,对所得的候选激发子进行鉴定,分别为MoNLP4和OSBP2 基因,属于坏死和乙烯诱导蛋白家族(necrosis-and ethylene-inducing protein 1(Nep1)-like proteins,NLPs)和氧固醇结合蛋白(oxysterol binding protein,OSBP)家族。除了OSBP1以外,4个OSBP基因在烟草上瞬时表达可以引起细胞死亡和活性氧爆发。之后,对OSBP2基因进行截短后在烟草上瞬时表达,结果显示,oxysterolBP结构域是引起细胞死亡最小区域。在稻瘟菌侵染水稻过程中OSBP4基因上调转录,说明OSBP4基因可能参与在稻瘟菌与水稻互作中,但需要更多实验确认(OSBP基因家族的激发子活性。本文构建了由雌二醇诱导表达的MoNLP4和OSBP2转基因拟南芥,将得到的纯合转基因株系进行EMS突变,为之后探索非寄主拟南芥对MoNLP4和OSBP2的识别机理奠定基础。NLPs是一类在微生物中广泛分布的微生物相关分子模式(MAMPs),尽管多数NLPs可以在双子叶植物上引起细胞死亡,但目前NLPs在病原微生物与植物互作过程中所扮演的角色尚不清楚。我们将稻瘟菌中的4个MoNLPs在烟草上瞬时表达,有3个可以引起细胞死亡和活性氧爆发。在稻瘟菌侵染水稻过程中4个MoNLPs都表现上调表达,因此推测MoNLPs可能参与在稻瘟菌与水稻互作中。为了进一步探究MoNLPs在稻瘟菌中的功能,本研究开发了无标记敲除基因载体,敲除了整个MoNLP基因家族,但四敲除体和野生型在水稻上的致病力,产孢量,萌发率以及多种逆境条件下的辐射生长没有显著差异。以上结果说明MoNLP家族在稻瘟菌的致病力和所测试的不同逆境条件下是可以缺少的。为了探索可以诱导MoNLP基因家族上调转录的因素,在不同营养成分的培养基中培养稻瘟菌,而后检测MoNLP基因家族的转录水平。MoNLP1在MM和Czapek Dox中可以上调表达,MoNLP4可以在多个培养基中上调表达,而MoNLP3在所有培养基中没有上调转录,MoNLP2在CM培养后期上调表达。以上结果说明不同的MoNLP在功能上可能存在一定的变异。进一步探索在MM中引起MoNLP1上调转录的因素,结果显示渗透势胁迫是引起MoNLP1上调转录的因素,同时,在渗透势胁迫条件下微量元素和MgSO4对MoNLP1上调转录有增强作用。
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