香蕉枯萎病菌4号生理小种的三个氰烯菌酯靶标基因的功能分析

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香蕉枯萎病是病原菌为尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense)引起的维管束系统性病害,其中1号(Foc1)和4号(Foc4)危害最为严重,目前还没有彻底根治的防治方法。化学防治缺乏较好的防治效果,并且在存在化学药剂田间流失严重、产生抗药性和危害人类健康等问题;由于选育周期长、抗病性丧失等缺陷,导致选育抗病品种难以突破;生物防治在大田生产上的防治效果并不理想,更为先进、高效、稳定的防治香蕉枯萎病的方法尚待研究。近年来,学者们在香蕉枯萎病的致病相关基因以及这些基因的致病机制等方面的研究已经取得了一定的进展。因此,通过对香蕉枯萎病菌基因组学的研究,明确香蕉枯萎病菌的致病机理才是有效解决防治问题的关键。氰烯菌酯(试验号:JS399-19)是一类对镰刀菌具有特异抑菌活性的新型农药,对大多数镰刀菌有很好的抑制活性,有效防治小麦赤霉病和抑制DON毒素的产生,活性高、专性强、不易产生抗药性,有望替代其他多类杀菌剂。为了揭示农药靶标基因的具体功能,参考对氰烯菌酯产生抗药性的禾谷镰刀菌为基础,对发生单一突变的基因进行分析鉴定,其中包括:AAPINDA1、NTH1和ACO三个基因,随后在尖孢镰刀菌基因库中进行序列分析对比,得到了香蕉枯萎病菌(Foc4)的AAPINDA1、NTH1和ACO三个基因。本研究首先分别测定了香蕉枯萎病菌在0μg/mL、0.5 μg/mL和50 μg/mL浓度的氰烯菌酯处理下的3个基因表达量。通过基因克隆并鉴定了香蕉枯萎病菌(Foc4)的AAPINDA1基因(XM031203202),编码氨基酸渗透酶蛋白;NTH1基因(XM031206259),编码中性海藻糖酶蛋白;ACO(XM031215663)基因,编码乌头酸水合酶蛋白。通过敲除技术构建了Δaapinda1、Δnth1和Δaco突变体,并对这三个突变体的致病力、生物学特性等方面进行分析鉴定。具体结果为:AAPINDA1和NTH1基因表达量随着氰烯菌酯处理浓度的升高而显著下调;ACO基因表达量随着氰烯菌酯处理浓度的升高先是无显著上调,随后显著下调。Δaapinda1突变体的致病性下降,菌落生长速度没有明显改变,但在PDA培养基上,菌落生长大小显著降低,菌落颜色呈粉红色,并且气生菌丝和分生孢子产量均显著下降,而孢子形态和孢子萌发没有差异,对氰烯菌酯产生明显的抗性(EC50=9.77μg/mL);Δnth1突变体的致病性和菌落生长均下降,孢子的形态和数量都没有明显的变化,而孢子萌发率显著下降,对氰烯菌酯的抗性水平没有显著变化(EC50=6.07μg/mL);Δaco突变体的致病性、菌株生长状态、孢子的萌发和数量均没有发生变化,而孢子形态有所改变,对氰烯菌酯产生明显的抗性(EC50=8.19 μg/mL)。3个突变体的抗性适应分析,结果表明,Δaapinda1不参与细胞壁合成和对氧化应激的反应,而对高糖的敏感性增加;Δnth1参与细胞壁合成和氧化应激的反应,但对渗透压、高糖、高温和低温胁迫因子的敏感度与野生型相对没有明显差异;Δaco不参与对渗透压力、高糖和高低温胁迫的应答。本研究为丰富3个抗性相关基因的具体功能知识及开发农药防治的靶标基因提供科学依据。
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