莱氏野村菌NrMgTA基因对微菌核形成的影响研究

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莱氏野村菌是一种无环境公害的昆虫病原真菌,其拉丁文名为Nomuraea rileyi,下文简称Nr。它是一种双型真菌,能侵染并杀死40多种鳞翅目夜蛾科农业害虫,因而具有重要的杀虫潜能。NrMgTA基因编码的Mg TA蛋白被证明与部分物种液泡、毒力和镁离子转运等生理活动相关。然而,国内外对真菌Mg TA基因相关的研究较少。本研究通过构建含有潮霉素抗性基因的敲除质粒,用农杆菌侵染的方式替换莱氏野村菌CQNr01菌株中的NrMgTA基因,利用替换后的潮霉素抗性基因筛选得到ΔNrMgTA敲除突变菌株。从ΔNrMgTA菌丝和微菌核的生长情况和理化性质等方面开展研究,明确NrMgTA基因的具体功能。主要研究结果如下:(1)莱氏野村菌NrMgTA基因生物信息学分析生物信息学分析说明,NrMgTA的ORF包含3288个碱基序列,编码937个氨基酸,编码蛋白大小为106.012KDa,属于跨膜蛋白。系统进化分析结果显示,该基因与绿僵菌属的多个种的同源基因具有极高的亲缘关系。(2)缺失NrMgTA促进莱氏野村菌孢子提前萌发、菌丝极性生长加快我们统计了ΔNrMgTA敲除菌株在SMAY培养基和AM培养基(微菌核诱导培养基)中的孢子萌发率,发现在两种培养基中的突变体孢子萌发都快于野生型;荧光定量PCR结果显示野生型菌株的分生孢子内NrMgTA基因的表达量较高,说明NrMgTA基因可能与莱氏野村菌孢子萌发有关,NrMgTA缺失促进了孢子的萌发。(3)缺失NrMgTA使莱氏野村菌菌丝去极化能力下降、微菌核产量下降在微菌核培养实验中,ΔNrMgTA敲除菌株的微菌核产量比野生型下降了77.29%。对微菌核培养过程进行跟踪拍照,发现其菌丝在3-4d时极性生长仍然旺盛,缠绕成核困难。因此,缺失NrMgTA基因阻碍了菌丝由极性生长向非极性生长转化,从而阻碍了菌丝分化、缠绕和微菌核的形成。结合敲除菌株在SMAY培养基中菌丝极性生长旺盛的特点,说明NrMgTA基因对于菌丝的去极化具有负调控作用。(4)缺失NrMgTA使莱氏野村菌液泡内细胞活动减少、菌丝内p H值上升对其菌丝进行透射电镜拍照发现,ΔNrMgTA的菌丝液泡内没有发现大分子物质和待分解的细胞器,这可能说明NrMgTA的缺失使液泡的物质传递和自噬功能受到影响。经BCECF-AM染色实验发现,ΔNrMgTA在微菌核培养过程中菌丝内的p H值上升了约0.822,这说明NrMgTA基因对菌丝p H值有调控作用。(5)转录组差异基因表达分析对ΔNrMgTA微菌核培养至5d时的产物进行转录组测序分析,发现突变体基因组中有5551个基因表达情况发生变化。其中,与铁离子转运和储存、菌丝极性生长相关的基因区别最明显,说明莱氏野村菌NrMgTA基因的缺失对多个代谢通路的基因表达造成了影响。
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