禾谷镰刀菌过氧化物酶体基因FgPex14与FgPex14/17的功能分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liangweiyu123
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由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的赤霉病(Fusarium head blight,FHB)是农业生产上的一种重要病害,造成小麦产量降低,而且产生的单端孢霉烯族毒素(Trichothecenes)还会影响人畜健康,给我国的粮食安全带来严重的威胁。过氧化物酶体合成相关的PEX基因异常,在哺乳动物中会造成严重的过氧化物酶体合成缺陷病(PBD);在植物病原真菌中,会导致菌株生长发育异常,致病力下降。因此,开展PEX基因功能的研究,对解析禾谷镰刀菌生长发育的过程,阐明毒素合成及致病机理、开发综合防治途径、研发新型药剂、降低毒素污染等具有重要意义。Fg Pex14与Fg Pex14/17基因是参与过氧化物酶体代谢的重要基因。本研究以反向遗传学为基础,通过同源重组和PEG介导的原生质体转化,获得了这两个基因的缺失突变菌株和互补菌株。通过多种表型鉴定来揭示禾谷镰刀菌Fg Pex14与Fg Pex14/17基因的功能。1.获得了Fg Pex14与Fg Pex14/17基因缺失突变菌株和互补菌株通过对禾谷镰刀菌数据库的检索,获得Fg Pex14(FGSG09263)与Fg Pex14/17(FGSG04329)的基因序列。构建它们的敲除载体和互补载体,通过同源重组和原生质体转化,获得Fg Pex14与Fg Pex14/17的基因缺失突变菌株和互补菌株。2.发现Fg Pex14基因参与了禾谷镰刀菌的生长发育、基质蛋白转运及致病等过程ΔFg Pex14突变体的生长速率减慢,孢子产量降低,气生菌丝稀疏,对长链脂肪酸和短链脂肪酸的利用率均降低,特别是在含长链脂肪酸的培养基上几乎无法扩展生长,有性生殖能力丧失,表明Fg Pex14基因的缺失影响了其生长发育。ΔFg Pex14突变体产毒能力下降,不能穿透玻璃纸,活性氧累积量增加,生存能力降低,致病能力显著下降。Fg Pex14基因的缺失完全阻断了过氧化物酶体基质蛋白转运的PTS1和PTS2信号途径。在多种压力胁迫的实验中,ΔFg Pex14突变体对葡萄糖、Li Cl的敏感性下降,对咖啡因、H2O2、杀菌剂戊唑醇等试剂的敏感性升高。表明Fg Pex14基因的缺失影响了禾谷镰刀菌对各种压力胁迫的抵抗能力。3.发现Fg Pex14/17基因参与了禾谷镰刀菌的生长发育、基质蛋白转运及致病等过程ΔFg Pex14/17突变体的生长速率减慢,孢子产量降低,气生菌丝稀疏,对脂肪酸的利用率降低,特别是在含长链脂肪酸的培养基上几乎无法扩展生长,有性生殖能力下降,表明Fg Pex14/17基因的缺失影响了禾谷镰刀菌的生长发育。ΔFg Pex14/17突变体产毒能力下降,对玻璃纸的穿透能力降低,活性氧累积量增加,更早表现细胞坏死,致病能力显著下降。Fg Pex14/17基因的缺失部分阻断了基质蛋白转运的PTS1和PTS2信号途径。分段回复的结果表明,Fg Pex14/17基因C端控制PTS1信号途径,而N端控制PTS2信号途径,这是首次在丝状真菌中发现Pex14/17基因的N端影响基质蛋白转运的PTS2信号途径。在各种压力胁迫的实验中,ΔFg Pex14/17突变体对葡萄糖、荧光增白剂卡弗鲁尔白的敏感性下降,对咖啡因、H2O2、杀菌剂戊唑醇等试剂的敏感性升高。表明Fg Pex14/17基因的缺失也影响了禾谷镰刀菌对各种压力胁迫的抵抗能力。研究表明Fg Pex14与Fg Pex14/17基因在禾谷镰刀菌的生长发育、基质蛋白转运及致病性等方面具有至关重要的作用。为解析生长发育过程,阐明毒素合成及致病机理等提供了理论依据。
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