NADPH氧化酶调控Botrytis cinerea致病力的分子机制研究

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Botrytis cinerea(灰葡萄孢菌)是一种重要的植物病原真菌,能侵染500多种植物,每年在世界范围造成的经济损失高达100亿到1000亿美元。研究B.cinerea致病的分子机制不仅对认识病原真菌复杂的侵染机制具有重要的生物学意义,而且对创制精准有效的防控技术具有指导作用。活性氧(Reactive oxygen spcies,ROS)在病原菌与寄主植物互作过程中发挥着重要的作用,病原真菌细胞膜上的NADPH氧化酶是ROS的主要来源之一,与病原菌的致病力密切相关。但是,有关NADPH氧化酶是如何调控B.cinerea的致病力,以及相关的调控网络尚不清楚。针对这些科学问题,本研究解析了NADPH氧化酶调控B.cinerea致病力的分子机制及其相关蛋白网络,研究结果主要包括以下三个方面:  1.NADPH氧化酶对B.cinerea生长和致病力的调控机制:首先利用同源重组的技术,获得了NADPH氧化酶调节亚基的缺失突变株ΔbcnoxR。与野生型相比,ΔbcnoxR突变株生长缓慢,产孢量减少和致病力减弱。通过比较蛋白质组学研究发现60个蛋白点(代表49个蛋白)的丰度在ΔbcnoxR突变株与野生型之间存在显著差异。RT-qPCR分析证明,有36个蛋白的编码基因在转录水平与蛋白水平的表达趋势是一致的,说明BcNoxR是在转录水平和蛋白质水平调控这些基因的表达。基于上述差异表达的蛋白,选取在ΔbcnoxR突变株中下调表达的BcPGD蛋白(6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶)开展功能研究。通过同源重组的方法获得Δbcpgd敲除突变株,结果表明bcpgd缺失的B.cinerea生长缓慢,产孢量降低,对苹果、草莓和番茄等多种果实的致病力下降,说明BcNoxR可能是通过调控BcPGD的功能来控制B.cinerea的生长发育和致病力。  2.NADPH氧化酶对BcActin蛋白的调控作用:对ΔbcnoxR突变株与野生型中差异表达的蛋白BcActin(肌动蛋白)开展了功能研究。利用同源重组的技术获得了BcActin的缺失突变株Δbcactin,与野生型相比,Δbcactin突变株生长缓慢、产孢量减少和致病力减弱;细胞学观察发现Δbcactin和ΔbcnoxR突变株菌丝中ROS的极性分布丧失。通过GFP标记证明,在ΔbcnoxR突变株中肌动蛋白骨架的聚合状态发生变化,说明BcNoxR可能通过BcActin来调控细胞肌动蛋白骨架的形成。利用iTRAQ蛋白质组学对Δbcactin、ΔbcnoxR与野生型的胞外蛋白进行研究,结果表明11个细胞壁降解酶蛋白的丰度在两个突变株中均出现下调,其中2个水解酶(纤维二糖水解酶BcCBH和β-内切葡聚糖酶BcEG)与B.cinerea的致病力相关。这些结果说明:BcNoxR与BcActin在调控B.cinerea胞外蛋白和致病因子的分泌,以及ROS的极性分布等方面具有相似的功能。  3.NADPH氧化酶对蛋白氧化还原态的调控作用:为了探明NADPH氧化酶对蛋白巯基氧化还原状态的影响,利用氧化还原蛋白质组学,在ΔbcnoxR突变株与野生型中鉴定到了214个含巯基的肽段(代表168个蛋白)。这些巯基在ΔbcnoxR突变株中的氧化水平明显高于野生型,其中140个含氧化巯基的肽段(代表115个蛋白)在ΔbcnoxR突变株与野生型中的丰度存在显著差异。这些蛋白主要参与了碳水化合物代谢、转录和翻译等生物学过程,说明BcNoxR具有稳定B.cinerea细胞氧化还原状态的作用。  综上所述,本研究揭示了NADPH氧化酶调控B.cinerea生长发育和致病力的分子机制,对深入理解NADPH氧化酶在植物病原真菌致病过程中的作用机制具有重要的意义,为创制精准有效的防病技术提供了理论指导。
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