香茅醛对指状青霉麦角固醇代谢的影响及作用机制

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mwd2009
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由指状青霉引起的绿霉病是柑橘主要病害之一,该病害每年都会导致柑橘产业遭受巨大经济损失。目前,绿霉病的防治主要通过使用化学杀菌剂来实现,化学杀菌剂杀菌效果好,但存在诸多弊端,如易诱导致病菌产生耐药性、污染环境和危害人体健康等,因此亟需寻找替代品。前期研究表明,香茅醛处理会影响指状青霉菌丝体麦角固醇合成,可能涉及到膜蛋白的调控,但具体哪些膜蛋白参与调控尚不清楚。此外,孢子萌发过程中麦角固醇是否受到香茅醛的影响也未可知。鉴于此,本研究拟比较香茅醛对指状青霉孢子萌发过程中麦角固醇代谢途径的影响,通过蛋白组学技术揭示香茅醛处理过程中菌丝体膜蛋白的变化情况,并初步建立指状青霉基因缺失突变技术体系,旨在研究香茅醛对指状青霉麦角固醇合成的影响及作用机制,为柑橘绿霉病防治提供理论依据,取得的主要结果如下:(1)香茅醛对指状青霉孢子萌发过程麦角固醇代谢途径的影响。在前期香茅醛对指状青霉菌丝体麦角固醇代谢影响的基础上,探讨分析了香茅醛对指状青霉抑霉唑敏感(Pds01)和抗性菌株(Pdw03,麦角固醇代谢突变体)孢子萌发过程中麦角固醇合成途径相关代谢物质和基因表达的影响。结果表明香茅醛对Pds01与Pdw03的半抑制浓度约为0.8μL/m L和3.2μL/m L。测定了上述浓度下Pds01和Pdw03麦角固醇与羊毛固醇含量,结果表明,香茅醛处理后Pds01和Pdw03孢子麦角固醇含量均呈现先下降后上升的趋势,而羊毛固醇含量则表现出先上升后下降的变化,且处理组麦角固醇含量显著低于对照组(P<0.05),而羊毛固醇含量则显著高于对照组(P<0.05),暗示着香茅醛处理能够显著影响指状青霉孢子麦角固醇代谢途径。对参与麦角固醇合成途径的7个关键基因(Erg3、Erg5、Erg6、Erg7、Erg9、Erg11和Erg26)进行了荧光定量PCR分析,发现香茅醛处理可导致Pds01菌株孢子Erg3表达显著下调,Erg11表达基本不受影响,而Erg5、Erg6、Erg7、Erg9和Erg26在处理10 h时表达显著上调,但随着时间延长,到18 h后恢复正常;对Pdw03而言,香茅醛同样诱导Erg3表达显著下调,Erg5、Erg6、Erg7、Erg9、Erg11和Erg26基因表达在处理10 h时均显著上调,随着时间延长到18 h,Erg5、Erg6、Erg7和Erg26表达均显著下调,Erg11表达恢复正常,而Erg9则持续上调。推测Erg3基因可能为香茅醛影响指状青霉孢子麦角固醇合成的潜在靶标之一。(2)香茅醛对指状青霉菌丝体膜蛋白表达的影响。鉴于麦角固醇合成途径基因多为膜蛋白,且已有报道膜蛋白可能参与真菌麦角固醇调控,采用TMT(Tandem Mass Tags)技术分析香茅醛处理、外源添加麦角固醇+香茅醛处理对Pds01膜蛋白表达的影响。物质含量结果显示,香茅醛处理能有效降低Pds01菌丝体麦角固醇含量,诱导羊毛固醇含量显著增加,而外源麦角固醇添加可显著增加Pds01菌丝体麦角固醇含量,且羊毛固醇含量显著低于香茅醛处理组,说明外源添加麦角固醇能够缓解香茅醛对Pds01菌丝体麦角固醇代谢途径的抑制。膜蛋白组学分析鉴定到372个差异膜蛋白,主要涉及到β-丙氨酸代谢、类固醇生物合成、萜类骨架生物合成等途径,其中麦角固醇代谢途径的Erg2、Erg3、Erg4、Erg5、Erg6、Erg11、Erg24、Erg25与Erg26均能检测到,存在显著性差异的有Erg3、Erg4、Erg25与Erg26。为了更完整的探究麦角固醇合成途径,对Erg5也进行了后续研究。选择17个差异膜蛋白(含Erg3、Erg4、Erg25、Erg26和Sre A等)与Erg5进行后续荧光定量PCR验证。结果表明,香茅醛处理可导致Pds01菌株菌丝体Erg3、Erg25和Erg26表达显著下调(P<0.05),Erg5表达显著上调(P<0.05),Erg4在处理30 min时正常表达,但时间延长到60 min后显著下调;外源添加麦角固醇处理可导致Pds01菌株菌丝体Erg25与Erg26表达显著上调(P<0.05),Erg5表达基本不受影响,Erg3与Erg4在30 min时表达显著下调(P<0.05),60 min时Erg4表达有所上调,Erg3表达基本不受影响。推测Erg3可能为香茅醛抑制指状青霉菌丝体麦角固醇合成途径的靶标位点;除C6 4、SPT8基因显著下调,C6 1、MFS1基因无显著性变化外,其余蛋白对应基因均显著上调。特别有意思的是,作为直接参与调控真菌麦角固醇代谢途径的Sre A基因在香茅醛处理30 min时显著上调,60 min时恢复正常,暗示着其很可能参与麦角固醇补偿机制,从而影响麦角固醇合成。(3)指状青霉基因缺失突变体系的构建根据膜蛋白结果,Sre A很可能参与了香茅醛诱导的指状青霉麦角固醇代谢调控,为了深入揭示此问题,初步构建了Sre A基因敲除体系。主要结果如下:以指状青霉基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到了Sre A基因上游片段1196bp,下游片段1250bp,经测序比对确认扩增片段与模板片段匹配率为100%,序列扩增成功。双酶切质粒p CAMBIA1300-HPH与连接酶切位点的目的片段,将其回收通过T4连接酶连接转化,并对所得菌落测序验证,得到与模板序列匹配度为100%的Sre A基因敲除载体,为后续基因功能验证奠定了理论基础。综上,本研究结果表明,香茅醛影响指状青霉孢子萌发过程麦角固醇代谢途径的的靶标基因可能为Erg3,膜蛋白结果显示菌丝体靶标也可能为Erg3。此外,香茅醛还可影响多个膜蛋白表达,其中Sre A已被发现可参与真菌麦角固醇的调控,在此基础上初步构建了指状青霉基因缺失突变体系,获得了Sre A基因敲除载体。本研究结果可为研究植物精油的抑菌机理和果蔬采后病害控制提供理论参考。
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