稻瘟菌钒氯代过氧化物酶基因的克隆与功能分析

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由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻生产上最重要的病害之一。分泌蛋白作为一类重要的致病因子,在植物病原真菌的致病过程中起着重要作用。前期研究中,本研究室开展了基于Shotgun技术的稻瘟菌附着胞发育过程的分泌蛋白质组研究,建立了稻瘟菌分泌蛋白质数据库。在此基础上,本文从该数据库中选取钒氯代过氧化物酶(Vanadium chloroperoxidase),对其基因(MoVAN)进行克隆,并对基因功能进行分析,以期了解该蛋白在稻瘟菌致病性中的作用。实验结果具体如下:1、对稻瘟菌钒卤代过氧化物酶基因(MoVAN)进行了克隆及测序,成功获得了大小为2086 bp的DNA序列和1788 bp的c DNA序列;该基因编码蛋白含595个氨基酸,分子量为19137.24,理论等电点(p I)为5.01;MoVAN属于PAP2家族中的PAP2_haloperoxidase型蛋白,其中213-490 aa为其保守区域。Signal P 4.1 Server分析发现MoVAN蛋白不含有N-端信号肽,为非经典分泌蛋白;Secretome P 1.0 Server分析发现其氨基酸序列NN值为0.46,不满足非经典分泌蛋白特征。2、采用同源重组策略,利用MoVAN两端侧翼序列设计特异性引物,构建了稻瘟菌MoVAN基因敲除载体;采用原生质体转化法,对MoVAN基因进行敲除;经过潮霉素抗性筛选、PCR分析、Southern blot鉴定,成功获得了6个MoVAN基因敲除突变株。对△MoVAN敲除突变体进行了GFP荧光信号观察,结果发现在显微镜暗场条件下,其分生孢子和菌丝上均有荧光信号。3、对△MoVAN敲除突变体进行了表型分析。结果表明:(1)与野生型菌株相比,△MoVAN敲除突变体在PDA培养基及见里培养基中的生长速度慢,气生菌丝稀疏,菌落直径与野生型菌株存在显著性差异。(2)△MoVAN敲除突变体菌落的黑色素明显减少,菌落颜色呈灰白色。(3)△MoVAN敲除突变体在产孢量、分生孢子形状和大小方面与野生型菌株没有明显区别,但敲除MoVAN基因对其分生孢子的萌发影响明显,具体为分生孢子的萌发率更低、萌发生成的附着胞更少。4、对△MoVAN敲除突变体进行了渗透胁迫试验。结果表明:(1)Na Cl(0.5 mol/L和1 mol/L)、山梨醇(0.5 mol/L和1 mol/L)和SDS(0.005%、0.01%、0.02%)处理后,△MoVAN敲除突变体表现敏感,菌落生长速率均明显降低,且随胁迫浓度增加菌落生长速率缓慢;同时,黑色素合成也有明显减少。5、对△MoVAN敲除突变体进行了氧化胁迫试验。结果表明H2O2(3 mmol/L和5mmol/L)处理后,△MoVAN敲除突变体表现敏感,菌落生长速率均明显降低,且随胁迫浓度增加菌落生长速率缓慢。6、对△MoVAN敲除突变体进行了细胞壁完整性试验。结果表明刚果红(100μg/m L和200μg/m L)处理后,△MoVAN敲除突变体表现敏感,菌落生长速率明显降低,且随胁迫浓度增加菌落生长速率缓慢。7、分别采用离体接种法和活体接种法,对△MoVAN敲除突变体进行了致病性分析。结果表明,△MoVAN敲除突变体对水稻叶片的致病力明显降低;与野生型相比,其病情指数存在显著差异。8、采用同源重组策略,利用MoVAN两端侧翼序列设计特异性引物,构建了稻瘟菌MoVAN基因回补载体;采用原生质体转化法,对△MoVAN敲除突变体进行了基因回补;经过博莱霉素抗性筛选和PCR分析,成功获得了36个MoVAN基因回补突变株。9、对MoVAN回补突变体进行了表型分析。结果表明:(1)MoVAN回补突变体的生长速度和黑色素合成与野生型菌株相似。(2)MoVAN回补突变体的产孢量、分生孢子萌发率和附着孢的形成与野生型菌株没有明显区别。(3)采用离体接种法,对MoVAN回补突变体进行了致病性分析。结果表明,与△MoVAN敲除突变体相比,MoVAN回补突变体对水稻叶片的致病力明显提高;与野生型稻瘟菌相比,其对水稻的致病性差异不大。
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