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大豆是世界上重要的经济农作物,大豆疫霉(Phytophthora sojae)侵染大豆而引起幼苗猝死和成株的根腐病是世界大豆生产上的主要病害之一,每年给世界的大豆产业带来巨额经济损失。大豆疫霉通过感受性激素、外界温度、湿度及条件的变化而进入不同的生活周期。在侵染寄主的过程中通过感知寄主而分泌大量的降解酶、坏死蛋白、蛋白酶抑制剂等效应因子以达到成功侵染寄主的目的。因此研究大豆疫霉如何感受外界的信息及信号传导机制、效应因子的分泌机制可以为防止病害的发生和扩展提供理论依据。但由于传统的、在其他生物中运用成熟的基因敲除等分子遗传操作技术不能运用在大豆疫霉中,因此对大豆疫霉的生长发育规律及致病性机理了解的相对较少。随着大豆疫霉全基因组数据、转录组数据的不断公布及完善,利用基因功能研究技术来分析大豆疫霉的生长发育规律及致病性机理就显得尤为重要。
大豆疫霉Rho GTPase家族蛋白的生物学预测及转录分析。Rho GTPase家族蛋白是Ras超家族小G蛋白最主要成员,在真核生物中极为保守,参与胞极性、细胞运动、细胞形状、细胞间及细胞-基质互作等多个信号转导途径。本研究通过生物信息学方法从大豆疫霉全基因组数据库中挖掘出了一个Rho GTPase家族蛋白,命名为PsRac1,通过与其它真核生物的同源性比较,分析了基因的结构特征。利用qRT-PCR等技术分析了大豆疫霉中PsRac1生活史及侵染各个阶段的转录情况,为后续功能基因研究提供了思路,也为大豆疫霉防治及新的药物靶标筛选提供了理论基础。
大豆疫霉PsRac1参与调控大豆疫霉的生长发育和致病性。游动孢子具有趋化性的特点,通过感受植物表面产生的物理或化学信号然后接近寄主、休止、萌发从而成功侵染寄主。利用PEG-CaCl2介导的大豆疫霉遗传转化沉默PsRac1得到三个沉默转化子。表型分析表明:PsRac1沉默突变体的生长速率下降,休止孢萌发形成的菌丝生长缓慢且有一定比例的不分枝,突变体顶端囊泡分布减少,而且突变体致病性丧失。PsRac1的沉默突变体细胞壁的结构没有影响,同时在清除活性氧和引起胼胝质方面与野生型相比没有明显差异。结果表明:PsRac1在大豆疫霉休止孢萌发极性和致病方面有重要作用。