球孢白僵菌三个粘附蛋白基因的功能解析

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球孢白僵菌(Beauveria bassiana)是广泛用于农林害虫生物防治的经典昆虫病原真菌。分生孢子在昆虫体表的附着是病原真菌通过表皮穿透感染昆虫寄主的关键步骤。附着成功的孢子在昆虫体壁上萌发,其芽管延伸为菌丝,通过分泌体壁降解酶和菌丝顶端附着胞渗透压力的共同作用而穿透体壁侵入血腔,并利用血液营养增殖,导致寄主最终僵死。在金龟子绿僵菌(Metarhizium anisopliae)中,分生孢子在昆虫体表的附着依赖于绿僵菌粘附蛋白Mad1(Metarhizium-type adhesin1),而另一粘附蛋白Mad2主要在分生孢子附着到植物根部表面的过程中发挥重要作用。因此,Mad1和Mad2分别被认为是参与感染昆虫和定植植物根部的重要蛋白。本文旨在研究解析球孢白僵菌三种粘附蛋白的生物学功能,包括Mad1的同源蛋白Adh1、Mad2的同源蛋白Adh2和迄今功能未知的Adh3(后者在基因组中被注释为丝状血凝素/粘附素(filamentous hemagglutinin/adhesin),被报道为某些动物病原细菌的毒力因子)。主要研究内容及结果摘要如下:对上述三个粘附蛋白基因通过构建和分析单基因缺失株和回补株,仅发现adh2在球孢白僵菌毒力和某些生物防治潜能相关表型的维系中发挥实质性作用。adh2的缺失导致分生孢子对蝗虫后翅表皮的粘附性降低。大蜡螟(Galleria mellonella)幼虫经体壁和血腔注射侵染的实验结果显示,adh2的缺失导致毒力显著减弱。adh2缺失株在模拟昆虫血淋巴的液体培养基中产生的芽生孢子数量显著减少,在SDAY培养基上的分生孢子产量显著降低。虽然在正常和胁迫培养条件下无明显的生长缺陷,adh2缺失株分生孢子的活力、表面疏水性及抗紫外辐射能力都显著下降,说明其分生孢子质量受损。上述adh2缺失株主要表型的变化与发育通路激活基因(brl A和aba A)和关键疏水蛋白基因(hyd1和hyd2)的转录水平下调密切关联。其中,brl A和aba A调控球孢白僵菌气生分生孢子和液生芽生孢子的形成,hyd1和hyd2则是球孢白僵菌疏水蛋白生物合成并组装成为分生孢子表面短棒脊状突起而起粘附作用所必不可缺的。未曾所料的是,无论adh1还是adh3的缺失突变,均未导致上述表型的任何实质性变化。结果表明,只有Adh2是球孢白僵菌分生孢子附着寄主体壁所必需的,迥异于绿僵菌这一附着过程主要依赖Mad1/Adh1的情形。这些发现揭示了白僵菌和绿僵菌的主要粘附蛋白基因可能沿着不同的方向进化而来,由此形成各自昆虫致病性必要和非必要的粘附蛋白。
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