生防酵母(C.laurentii)诱导条件下LePR5基因表达、功能验证及调控方式的探索

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Gloria_SHU
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由真菌性病原菌侵染引起的果实采后病害可造成严重的经济损失,因而控制采后病害对于减少损失有重要作用。拮抗微生物控制果蔬采后病害的方法因其安全无毒、环境友好而成为当前的研究热点。拮抗菌能够激发宿主植物的抗性反应,诱导采后果实抗性提高是减少果实采后病害的一个重要策略。诱导抗性是利用植物自身的抗性机制且具有广谱抗菌性因而受到广泛关注。本课题组在前期基因芯片杂交研究中发现罗伦隐球酵母处理樱桃番茄果实后,PR5-like蛋白基因在上调表达的抗性基因中上调最显著,因此,LePR5蛋白可能作为罗伦隐球酵母诱导表达的主要抗性蛋白参与果实的抗性反应。本研究探讨了LePR5基因在罗伦隐球酵母(Cryptococcus laurentii)诱导及病原菌链格孢(Alternaria alternata)侵染下的表达模式,验证了经原核系统表达的LePR5蛋白的抑菌功能,证实了该蛋白抗菌功能与罗伦隐球酵母生防效果的相关性。通过克隆LePR5基因启动子区域序列,验证其启动子功能活性,并通过软件分析及基因芯片结果,分析筛选了作用在LePR5基因启动子区域的顺式作用元件和转录因子,通过分析验证,初步探讨了LePR5基因在罗伦隐球酵母诱导条件下的表达调控机制,并对罗伦隐球酵母结合MeJA处理提高果实抗病性的可行性进行了初步研究。主要研究成果如下:(1)运用qRT-PCR分析LePR5基因在罗伦隐球酵母诱导条件下转录水平的表达模式,并与病原菌链格孢侵染条件下的表达模式进行了比较,结果表明两种处理条件下LePR5基因mRNA表达量在24h后显著上调并呈持续上升趋势,LePR5基因作为抗性相关基因参与果实抗性反应。运用生物信息学软件预测与构建LePR5蛋白3D结构模型并结合LePR5蛋白氨基酸序列进行分析表明,LePR5蛋白与具抗菌活性的PR5蛋白的氨基酸序列具有相似性且抗菌的PR5蛋白保守的功能元件都存在于LePR5蛋白中,推断LePR5蛋白具有生物学功能。(2)运用原核表达系统获得了LePR5重组蛋白,进行了Western-bloting验证分析,并对获得的纯化后的LePR5蛋白进行体外、体内的抑菌功能活性研究。体外病原菌丝体抑制试验结果表明:与对照相比,10、20和40μg的LePR5重组蛋白能够显著(P<0.05)抑制A. alternata菌丝体的生长;樱桃番茄果实体内抑制发病试验结果表明:接种后第5天,10、20和40μg LePR5重组蛋白与对照(100%)比较,分别能够减少18%、31%和49%黑腐病的发病率,由此表明LePR5重组蛋白以剂量依赖的方式抑制A.alternata的生长。(3)利用同源克隆得到LePR5基因启动子序列片段,并构建了含有GFP/GUS报告基因的表达载体,进一步通过原生质体瞬时表达系统观察到有绿色荧光蛋白GFP的表达,同时构建了转有PLePR5:GFP/GUS重组表达质粒的转基因樱桃番茄植株,组织化学染色表明有GUS的表达,证明克隆的目的序列具有启动子活性。(4)运用PLACE数据库对克隆的启动子片段进行序列组件分析,结果表明克隆的LePR5基因启动子片段存在与PR蛋白抗性相关的顺式调控元件及转录因子结合位点有5个,主要为GCC box和W box两类。结合樱桃番茄基因芯片结果筛选得到LePR5基因顺式调控元件为GCC box,转录因子为Pti5转录调控蛋白。(5)运用qRT-PCR分析检测Pti5基因在罗伦隐球酵母诱导和病原菌链格孢侵染条件下mRNA转录水平的表达模式进行了分析,结果表明Pti5基因在罗伦隐球酵母和病原菌链格孢侵染件下均显著上调表达。通过原核表达系统获得了Pti5转录因子重组活性蛋白,并进行了Western-bloting验证分析。通过克隆得到LePR5基因启动子中含GCC box序列小片段并制备成含有生物素标记的探针,同时合成GCC box重复序列探针及对GCC box进行碱基突变后的生物素探针。运用EMSA技术分析表明,Pti5转录因子蛋白能够结合在LePR5基因启动子中含GCC box序列片段上,也可与GCC box重复序列结合,与碱基突变后GCC box的探针不结合。以上结果表明在罗伦隐球酵母处理果实后,通过诱导Pti5基因的表达进而激活抗性基因LePR5基因的表达。同时我们分析了LePR5基因与Pti5基因在激素(MeJA)单独诱导条件下、MeJA结合罗伦隐球酵母诱导条件下的表达情况,结果表明Pti5基因对MeJA诱导处理没有响应,而MeJA单独处理和MeJA结合罗伦隐球酵母诱导处理均可上调表达LePR5基因,结合处理对LePR5基因的表达具有协同促进作用。(6)以柑橘为试材,研究探讨了MeJA结合生防酵母提高生防效力的可行性和可能机理。结果表明:100μmol/1MeJA能够减少柑橘果实由P. digitatum侵染造成的绿霉病的发病及抑制病斑直径的扩展,100μmol/1MeJA结合生防酵母比单一处理组能够有效的控制绿霉病,且1×108cells/ml C. laurentii结合100μmol/1MeJA处理组对绿霉病的控制效果优于其他结合处理组及单一处理组;MeJA在一定浓度范围内对P. digitatum孢子的萌发无显著影响,对C. laurentii在体外、体内的生长有促进作用;MeJA与C. laurentii处理能诱导提高果实抗性酶PPO、POD和CAT的活性,且结合处理组的酶活性最高;MeJA与C. laurentii处理能诱导柑橘PR5基因上调表达,且结合处理组PR5基因表达量高于单一处理组。
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