疫霉菌对氟噻唑吡乙酮的抗性分子机制及其ORPs功能研究

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氟噻唑吡乙酮是美国杜邦公司2007年研发出的具有全新化学结构及作用机制的新型杀菌剂。本研究室前期研究表明,该药剂对霜霉病菌和疫霉菌表现出优异的生物活性,其对多种靶标菌的EC50值均达到10-4 μg/ml,杜邦公司前期通过亲和色谱等分析,发现该药剂的作用靶标为氧化固醇结合相关蛋白(ORP)。目前关于该药剂的抗性风险、抗性分子机制、靶标蛋白及其相关同源蛋白在疫霉菌中的生物学功能鲜有研究报道。因此,本论文开展了相关研究并取得如下研究结果:1.采自我国28个省份的175株辣椒疫霉菌株对氟噻唑吡乙酮的抑制中浓度EC50值的范围为3.19 × 10-4 μg/ml 到 9.86 ×10-4μg/ml,平均 EC50值为 5.61 × 10-4μg/ml,EC50值的频率分布呈单峰分布,表明田间不存在自然的辣椒疫霉抗氟噻唑吡乙酮抗性亚群体,该敏感基线可用于田间辣椒疫霉群体对氟噻唑吡乙酮的抗性监测。2.通过药剂驯化,获得了两类辣椒疫霉抗药性突变体。其中,LP3系列突变体表现出了优异的生存适合度,其菌丝生长速率、孢子囊产生能力、休止孢萌发能力以及致病性均与亲本相当甚至优于亲本。综合药剂驯化筛选获得抗性突变体的难易程度、突变体的生存适合度及辣椒疫霉自身为土传病害的特征,推测辣椒疫霉对氟噻唑吡乙酮存在中等抗性风险。3.利用传统过表达遗传转化及CRISPR/Cas9体系定点编辑,证实PcORP1杂合点突变G839W、G770V或纯合点缺失突变△N837能够引起辣椒疫霉对氟噻唑吡乙酮的高水平抗性;在大豆疫霉PsORP1 上的纯合点缺失△N837亦能引起大豆疫霉对氟噻唑吡乙酮的高水平抗性。具有PcORP1△N837和PcORP1G770V的辣椒疫霉及具有PsORP1△N837大豆疫霉突变体均表现出一定的田间生存适合度。针对辣椒疫霉PcORP1点突变G839W,本研究建立了 AS-PCR和CAPS两种快速分子检测方法,可以用于田间具有该突变位点的辣椒疫霉抗药性菌株的监测。4.本研究未获得沉默效率较高的PcORP1或PsORP1沉默转化子,且未获得纯合敲除转化子,结合氟噻唑吡乙酮通过与ORP1的结合而表现出优异的抑菌活性,推测ORP1是疫霉菌的关键生长发育基因,敲除可能引起致死。通过烟草细胞的异源表达,初步明确了 PcORP1及PsORP1主要定位于内质网膜和细胞膜之间的膜结合位点,其中PH结构域负责锚定细胞膜,而预测到的两个跨膜域主负责定位内质网膜。在菌丝细胞中亦观察到类似的分布特征。因此,推测PcORP1及PsORP1于内质网膜和细胞膜之间的膜结合位点区域行使功能。5.大豆疫霉PsORP2敲除对于大豆疫霉的菌丝生长速率、孢子囊产生、游动孢子产生、休止孢萌发、卵孢子产生及致病力、对氟噻唑吡乙酮的敏感性均没有发生显著性的变化,说明PsORP2不能互补氟噻唑吡乙酮对PsORP1的功能抑制,同时PsORP2亦不是大豆疫霉的关键功能蛋白。
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