核盘菌低毒菌株SZ-150携带RNA病毒分子特性及卫星RNA SatH生物学功能研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wukuiyuxin66666
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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一种世界性分布的死体营养型性植物病原真菌,寄主广泛,可在多种重要作物上引起菌核病,每年因该病害造成严重的经济损失。在核盘菌群体中发现多种类型且能够导致核盘菌表型异常和致病力衰退的真菌病毒,利用这些低毒相关的真菌病毒防治菌核病是生物防治重要策略之一,同时,建立病毒与寄主间互作体系也有助于解析核盘菌的分子致病机理和真菌病毒生物学特性。前期研究发现核盘菌低毒菌株SZ-150被减病毒1(Sclerotinia sclerotiorum hypovirus 1,SsHV1)及其卫星RNA SatH共侵染,但当不存在SatH时,菌株致病力部分恢复或完全恢复。基于此,本论文以核盘菌SZ-150菌株为研究材料,利用高通量测序策略,明确了菌株SZ-150携带病毒种类及分子特性;基于转基因和蛋白互作技术,解析了卫星RNA SatH的生物学功能;转录组测序初步分析了菌株SZ-150低毒特性的分子机理。具体研究结果如下:利用小RNA高通量测序技术,明确了菌株SZ-150携带病毒的种类及其产生小RNA的类型、及病毒对寄主生物学特性的影响。除先前报道的病毒SsHV1和其卫星RNA SatH外,菌株SZ-150中还携带有其它两种类型的病毒:核盘菌葡萄孢双节段病毒Ss BV3/SZ-150(Sclerotinia sclerotiorum botybirnavirus 3)和核盘菌真菌类芜菁黄花叶病毒Ss MTV1/SZ-150(Sclerotinia sclerotiorum mycotymovirus 1)。Ss BV3的基因组由两条ds RNA片段组成,Ss BV3-ds RNA1的c DNA全长为6212 bp,Ss BV3-ds RNA2为5880 bp,每个片段正单链上都含有一个推定的ORF,分别编码依赖于RNA的RNA聚合酶(RDRP)和未知功能的假定蛋白。Ss BV3与葱属葡萄孢中的病毒Bp BV1在核苷酸和氨基酸水平上均超过95%的相似性,因此,Ss BV3与Bp BV1是同一个病毒的不同株系。Ss MTV1的基因组大小为6391 bp,3’端含有Poly(A)结构,推定只含有一个ORF,预测编码复制相关的蛋白(putative replication-associated polyprotein,RP),该蛋白包含三个保守结构域:病毒RNA甲基转移酶(Mtr)、病毒RNA解旋酶(Hel)和RDRP。系统发育分析表明,Ss MTV1与芜菁黄花叶病毒科(Tymoviridae)内的病毒亲缘关系较近,但又与该病毒科已确定的三个病毒属(Tymovirus,Marafivirus,Maculavirus)有明显的不同,形成独立的进化系。病毒小RNA类型分析,发现病毒Ss BV3和Ss MTV1产生的小RNA大部分集中在20-24 nt,其中22 nt的小RNA数量最多,且病毒产生的小RNA的5’端偏好使用碱基U,通过这些小RNA的特征,推测基因Dicer2和AGO1在核盘菌的RNAi抗病毒反应中发挥重要作用。结合RT-PCR结果,分析了携带不同病毒组合的菌株基本生物学特性,结果表明病毒Ss BV3对寄主生物学特征无显著性影响,病毒Ss MTV1对寄主的影响有限,不及SsHV1及其卫星RNA对菌株毒力衰退贡献大,进一步表明菌株SZ-150的表型异常和低毒特性主要是由病毒SsHV1及其卫星RNA SatH导致的。利用转基因策略,证明了SsHV1的卫星RNA SatH与核盘菌低毒特性相关性。通过构建卫星RNA SatH的全长c DNA侵染性克隆载体,分别获得了在菌株R6(携带有病毒SsHV1)和A6(不携带有病毒)中能够表达SatH的转化子菌株(R6-SatH和A6-SatH),转化子A6-SatH与菌株A6在菌落形态、生长速度和致病力方面没有明显差异,但其产生菌核较小,表明SatH自身不影响核盘菌的菌落形态、生长速度和致病力;转化子R6-SatH与菌株R6相比,菌落形态异常、生长缓慢、丧失对寄主的致病力,其中R6-SatH1、R6-SatH4、R6-SatH5等转化子的菌落形态、生长速度和致病力等方面与菌株SZ-150无有明显差异,表明在SsHV1存在时,SatH在核盘菌毒力衰退中扮演重要的角色。因此,SatH是导致菌株SZ-150菌株毒力衰退的重要因子之一。通过q RT-PCR检测菌株SZ-150和R6内病毒的含量,结果表明菌株SZ-150内病毒Ss BV3和Ss MTV1的积累量显著低于菌株R6,而病毒SsHV1在菌株SZ-150内的积累量显著高于菌株R6,初步表明SatH可显著增加其辅助病毒SsHV1的积累量,进一步证明菌株SZ-150的表型异常和致病力衰退是由于SsHV1和SatH的共同存引致导致的。利用酵母双杂交和pull-down试验,初步证实SatH编码的蛋白P70能与核盘菌Dicer1蛋白互作,并降低Dicer1基因的表达量,因此推测SatH与Dicer1互作,抑制了菌株SZ-150的RNAi抗病毒机制,进而增加病毒SsHV1在菌株SZ-150内的积累量,最终导致菌株SZ-150的低毒特性。初步解析了菌株SZ-150表型异常的分子机理。与菌株R6相比,菌株SZ-150菌丝较细小,分枝较多,较为密集,细胞内大部分细胞器遭到严重破坏,细胞壁加厚,细胞周围分布着颗粒状的物质;菌株SZ-150在油菜叶片上不能形成侵染垫,草酸分泌量减少且时间滞后。通过RNA-seq高通量测序技术,获得了菌株SZ-150和R6在PDA平板上培养12 h和24 h的整体转录本的表达水平,在菌株培养12 h时两者共有2210个显著差异表达基因,其中1140个上调表达,1070个下调表达;培养24 h时共有2338个差异表达基因,其中1343个上调表达,995个下调表达。SatH及SsHV1影响的差异表达基因主要参与核盘菌的氧化还原、生物代谢、跨膜运输、转录和翻译等途径。此外,SatH存在时,菌株SZ-150内的G蛋白信号传导途径、Ca2+信号传导途径和MAPK信号传导途径均发生显著性变化。本论文明确了菌株SZ-150内含有病毒Ss BV3/SZ-150、Ss MTV1/SZ-150和SsHV1/SZ-150及其卫星RNA SatH,证明了菌株SZ-150的异常是由SsHV1和SatH共同导致的;SatH编码的蛋白P70能与核盘菌Dicer1蛋白互作,具有潜在的RNAi抑制子功能,增加病毒SsHV1/SZ-150在菌株SZ-150内的积累量,同时影响菌株SZ-150内多种功能和信号传导途径基因的表达。
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