小麦条锈菌效应蛋白PSTG23616的功能分析

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:assembly2010
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条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)是造成小麦生产上严重病害的专性寄生真菌,长期威胁我国小麦的安全生产。病菌的频繁变异是导致抗病品种抗性不断“丧失”,引发病害不断流行的主要原因。作为严格的活体营养专性寄生菌,由于缺乏高效可靠的转化体系且不能在培养基上培养,条锈菌致病基因功能研究相对滞后,病害防治始终处于盲目状态,研究小麦条锈菌的致病机理及效应蛋白的毒性变异机理对于病害防控起着至关重要的作用。本研究的目的是明确小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)效应基因PSTG23616的功能及与寄主植物互作过程中的作用,为解析该基因对病原菌的生长发育以及在致病性中发挥的功能提供理论基础。利用RT-PCR和PCR克隆获得PSTG-23616的cDNA和基因组DNA全长;利用生物信息学软件分析了该效应蛋白编码的氨基酸序列的特征并进行进化树的构建;通过酵母分泌系统,农杆菌介导的瞬时表达,实时荧光定量RT-PCR(qRT-PCR)技术,亚细胞定位,酵母过表达,病毒诱导的基因沉默技术(VIGS),酵母双杂交筛库以及原核表达技术初步明确该基因的功能。序列分析表明,PSTG23616基因组全长937 bp,包含三段内含子区,开放阅读框(open reading frame,ORF)全长699 bp,编码232个氨基酸。生物信息学软件预测信号肽位于N端1-22个氨基酸,不含跨膜结构及核定位信号。酵母分泌系统分析表明,PSTG-23616的信号肽具有分泌功能,为典型的分泌蛋白。注射含有PSTG23616的重组农杆菌菌液,可以抑制由BAX引起的细胞程序性死亡(Programmed Cell Death,PCD)反应。qRT-PCR的结果表明,PSTG23616在小麦条锈菌初侵染过程中一直上调表达,其中在24 h,36 h,48 h表达量较高,24 h表达量达到顶峰,分别是夏孢子表达量的158倍,145倍和140倍,72h后表达量下降直至不表达。亚细胞定位分析表明,在小麦原生质体和烟草细胞中,PSTG23616在整个细胞中均有分布。发挥毒性功能的motif位于82-183位氨基酸,且发挥毒性功能的motif无转运功能。在酵母中过表达该基因,引起酵母细胞显著的形态变化,并降低了酵母对H2O2的耐受性。瞬时沉默PSTG23616导致条锈菌生长发育受到抑制,产孢量显著下降。酵母双杂筛选获得了TaCAT1,TaCIPK16,TaCIPK10三个候选靶标,BIFC验证PSTG23616与TaCIPK10在细胞膜和细胞质中互作。综上结果表明,小麦条锈菌效应蛋白PSTG23616参与了病原菌侵染结构的分化,同时在小麦条锈菌与宿主互作的过程中通过参与调控小麦的ROS及CBL-CIPK信号通路发挥一定的毒性功能。
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