水稻纹枯病菌中2个双分体病毒的基因组结构与功能研究

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由水稻纹枯病菌(Rhizoctonia solani Kühn AG-1 IA)引起的水稻纹枯病(rice sheath blight)是水稻(Oryza sativa L.)最重要的病害之一。近年来随着真菌病毒研究的开展,水稻纹枯病菌中的真菌病毒也逐渐被发现和研究。已报道的水稻纹枯病菌中的真菌病毒主要为双链RNA(double-stranded RNA,ds RNA)病毒,包括双分体病毒、内源病毒和暂未分类的真菌病毒等。已有研究表明,有的真菌病毒对寄主真菌的生物学性状有一定的影响。而目前,关于水稻纹枯病菌中的真菌病毒对原始寄主真菌的影响的研究甚少。为发现更多的新的真菌病毒,并明确某些真菌病毒对寄主真菌的影响,本研究以实验室保存的13个已知含有真菌病毒的水稻纹枯病菌为研究对象,进行了新真菌病毒的筛选、真菌病毒的基因组结构与功能分析以及真菌病毒对寄主真菌的影响等一系列研究工作。现将主要研究结果报道如下:1.用反转录PCR(RT-PCR)的方法对本实验室前期初步筛选出的13个含有真菌病毒的水稻纹枯病菌株进行新真菌病毒的筛选,结果发现:B240和B261菌株中存在水稻纹枯病菌ds RNA病毒1(Rhizoctonia solani ds RNA virus 1,Rs V1),菌株A111中只存在病毒Rs V1的片段1,说明了病毒Rs V1的片段1的单独侵染性。水稻纹枯病菌双分体病毒2(Rhizoctonia solani partitivirus 2,Rs PV2)存在于A5和B261菌株中。而A82、A102、A105、A106、A154、A182、D122、D168和Y1等9个菌株中含有与Rs V1和Rs PV2不同的真菌病毒。根据这9个菌株中病毒核酸的琼脂糖凝胶电泳条带,挑选A105和D122两个菌株为本研究的深入研究对象。2.从水稻纹枯病菌A105菌株中分离到一个新的真菌病毒,命名为水稻纹枯病菌ds RNA病毒3(Rhizoctonia solani ds RNA virus 3,RsRV3)。RsRV3基因组含有两个ds RNA片段(ds RNA1和ds RNA2),大小分别为1890 bp和1811 bp,各含有一个开放阅读框(open reading frame,ORF),分别编码病毒的RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,Rd Rp)和外壳蛋白(coat protein,CP)。对病毒粒子进行负染观察,发现该病毒具有等轴的病毒粒子,直径约为20 nm。系统发育分析表明,RsRV3与双分体病毒科(Partitiviridae)的a-双分体病毒属(Alphapartitivirus)成员具有较高的相似性。因此确定真菌病毒RsRV3是隶属于双分体病毒科(Partitiviridae)、a-双分体病毒属(Alphapartitivirus)的一个新的ds RNA真菌病毒。3.从水稻纹枯病菌D122菌株中分离到另一个新的真菌病毒,命名为水稻纹枯病菌ds RNA病毒5(Rhizoctonia solani ds RNA virus 5,RsRV5)。RsRV5基因组含有两个ds RNA片段(ds RNA1和ds RNA2),大小分别为1894 bp和1755 bp,各含有一个开放阅读框(open reading frame,ORF),分别编码病毒的RNA依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,Rd Rp)和外壳蛋白(coat protein,CP)。对病毒粒子进行负染观察,发现该病毒具有等轴的病毒粒子,直径约为20 nm。系统发育分析表明,RsRV5与双分体病毒科(Partitiviridae)的γ-双分体病毒属(Gamapartitivirus)成员具有较高的相似性。因此确定病毒RsRV3是隶属于双分体病毒科(Partitiviridae)、γ-双分体病毒属(Gamapartitivirus)的一个新的ds RNA真菌病毒。4.病毒脱除方法主要有菌丝尖端法、菌丝尖端与病毒抑制剂结合法、菌丝碎段法和原生质体再生法等。为了获得带毒和不带毒的等基因系菌株,以便建立真菌病毒与寄主真菌的互作体系,本研究利用原生质体再生法成功地把病毒RsRV5从寄主中脱除。对等基因系带毒菌株D122和脱毒菌株D122-P的生物学性状进行比较,病毒RsRV5对寄主的生长速率没有明显影响,但在7 d时间内能提高寄主真菌产色素能力,使寄主真菌产菌核量变少,致病力稍有降低。5.对等基因系的水稻纹枯病菌野生型带毒(RsRV5)菌株D122和不带毒菌株D122-P样本进行转录组测序和生物信息学分析,比较两种样本在转录水平上的差异,旨在了解真菌病毒对寄主真菌转录组的影响。结果表明:测序数据的有效比对序列数为127380018,能够比对到参考基因组的序列数为96371422,比对百分比都达到了70%以上。鉴定出可变剪接事件65535个,其中内含子滞留所占比例最大,外显子跳跃次之。差异基因表达分析表明,病毒RsRV5脱除后,基因rna6273和rna6673表达显著上调,基因rna9529表达显著下调,其中rna6273和rna9529编码未知功能的蛋白,rna6273编码蛋白激酶抑制剂(PKI)功能域蛋白(domain-containing protein)。综上所述,本研究阐明了2种新发现的双分体病毒(RsRV3和RsRV5)的基因组结构与功能的关系,并初步阐明了真菌病毒RsRV5对寄主真菌生物学性状和转录组的影响。
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