大丽轮枝菌Fungal_trans转录因子VdFTF1调控致病性功能研究

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大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)是一种土传植物真菌病原菌,可引起棉花、番茄、莴苣、马铃薯等重要经济作物发生黄萎病,给农业生产造成重大经济损失。在我国,黄萎病已成为棉花高产稳产的首要障碍,其病原菌大丽轮枝菌具有遗传变异快、地域分布广泛等特点,其复杂的致病机理及致病性调控也已成为当前植物病理学研究的热点。  本实验室前期构建了大丽轮枝菌T-DNA随机插入突变体库,并筛选获得了致病力显著下降的突变体菌株M06D06。本研究利用hiTAIL-PCR方法对致病力显著下降的突变菌株M06D06进行T-DNA标记定位分析。发现T-DNA片段插入于VEDA01836第二个外显子上。生物信息学分析表明VEDA_01836编码含有转录结构域Fungal_trans的真菌特异转录因子,并命名为VdFTF1(Verticillium dahliae Fungal_trans transcription factor1)。利用基因枪转化洋葱表皮细胞分析VdFTF1编码蛋白的亚细胞定位,结果显示VdFTF1的GFP融合蛋白定位于细胞核内,初步表明该蛋白具有转录因子定位于细胞核的特性。  实时定量PCR(qRT-PCR)分析表明,大丽轮枝菌在早期侵染棉花根部的过程中VdFTF1被强烈诱导表达,推测VdFTF在大丽轮枝菌侵染棉花的过程中发挥重要作用。进一步利用农杆菌介导基因遗传转化法构建了VdFTF1基因敲除突变株△VdFTF1,并分别将含有自身启动子及组成型表达启动子(TrpC)的VdFTF1基因导入突变株△VdFTF1中,获得基因回补菌株ECKO,OEKO;将含有自身启动子的VdFTF1基因导入插入突变株M06D06中,获得基因回补菌株ECMu。生长发育表型鉴定结果显示,与野生型菌株相比,插入突变株M06D06,基因缺失突变株△VdFTF1的在不同碳源培养基上菌落菌落定殖形态、生长速率、产孢量、孢子长或宽直径大小均无差异。但是致病力鉴定结果显示,与野生型菌株相比,基因缺失菌株△VdFTF1对棉花致病力显著下降,维管束褐化现象明显减弱,病原在寄主棉花内的繁殖量显著下降。而基因功能回补菌株ECKO,ECMu和OEKO致病力恢复,与野生型无显著差异。上述结果表明VdFTF1的功能与大丽轮枝菌的生长发育无关,但其作为转录因子参与了大丽轮枝菌对寄主棉花的致病力调控。  基因缺失突变株较野生型菌株在侵染棉花过程的转录组分析,共获得了802个基因受到VdFTF1的调控(494个基因正调控,308个基因负调控)。基因功能注释与富集分析发现这些差异基因主要参与了各种催化反应。同时VdFTF1调控的与致病性相关基因中包含69个潜在分泌蛋白,如早先研究报道的大丽轮枝菌致病相关的坏死和乙烯诱导蛋白类似蛋白VdNLP1和大丽轮枝菌异分支酸酶VdIscl都受到VdFTF1的调控。同时还发现19个编码碳水化合物酶类基因表达也受到VdFTF1的调控。qRT-PCR的分析结果进一步证实,在大丽轮枝菌侵染棉花根部初期,辅助酶类(Auxiliary activities,AAs)家族(VEDA_07232,VEDA_05900,VEDA_03732,VEDA_05776),糖苷水解酶(Glycoside hydrolases,GH)家族(VEDA_04217,VEDA_09568),多糖裂解酶1(Polysaccharide lyases,PL1)家族(VEDA_09651),碳水化合物酯酶(Carbohydrateesterases,CEs)家族(VEDA_09412)等都受到VdFTF1的强烈正向调控,推测这些基因可能参与了大丽轮枝菌对棉花的侵染过程。利用农杆菌介导的基因定向敲除技术,获得了VEDA_09651敲除突变菌株,致病力鉴定结果显示,与野生型菌株相比,VEDA_09651缺失后菌株对棉花的致病力显著减弱。以上结果表明,VdFTF1可通过调控碳水化合物酶类基因的表达来影响病原菌对寄主的致病过程。  综上所述,VdFTF1是一种含有Fungal_trans结构域的真菌特异转录因子,其参与大丽轮枝菌关键毒力基因的表达,特别是细胞壁降解酶基因的表达,来参与大丽轮枝菌对棉花的致病性调控。
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