L-半胱氨酸对稻曲病菌菌丝生长的影响及转录组分析

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近年来,稻曲病已成为我国水稻产区的主要真菌病害之一。其病原菌稻曲病菌通过菌丝侵入水稻,向水稻深层组织的拓展也由菌丝完成,因此了解稻曲病菌菌丝生长的调控机制具有重要意义。本研究通过向培养基中分别添加20种常见氨基酸来探究氨基酸对稻曲病菌菌丝生长的影响。结果显示,在一定浓度范围内,补充L-亮氨酸、L-异亮氨酸可以促进稻曲病菌菌丝的生长;补充L-酪氨酸、L-半胱氨酸则对稻曲病菌的菌丝生长具有抑制作用。其中,补充L-半胱氨酸对稻曲病菌菌丝生长的影响最为显著。应用不同培养基、不同菌株、补充不同L-半胱氨酸浓度、不同光照条件进行实验,测定菌落直径或菌丝生物量,结果都表明补充L-半胱氨酸对稻曲病菌的菌丝生长具有抑制作用。为探究L-半胱氨酸抑制稻曲病菌菌丝生长的机理,采集了分别于未补充L-半胱氨酸和补充0.250 g·L-1L-半胱氨酸的PSA固体培养基平板上培养6 d的两组ZJ09菌丝,进行转录组测序,获得2138个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中985个被L-半胱氨酸上调表达,1153个被L-半胱氨酸下调表达。DEGs的GO富集结果显示,DEGs在细胞组分、分子功能和生物过程3个类别中均有富集,说明L-半胱氨酸抑制菌丝生长机制复杂。DEGs的KEGG通路注释结果表明,L-半胱氨酸抑制菌丝生长可能主要与内质网中蛋白质的加工有关。DEGs包含了chsD、cdc6和cdc48基因,推测L-半胱氨酸对这3个基因表达的强烈抑制作用可能与其抑制稻曲病菌菌丝生长相关。比较了L-半胱氨酸和光照对稻曲病菌菌丝转录组的影响,结果显示二者诱导的DEGs具有明显差异,表明L-半胱氨酸与光照抑制稻曲病菌菌丝生长的机理明显不同。但二者有534个上调表达的共同基因,有697个下调表达的共同基因,表明尽管L-半胱氨酸与光照抑制稻曲病菌菌丝生长的机理明显不同,但二者可能存在部分重合。为了进一步验证转录组测序结果,本研究还尝试应用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除稻曲病菌基因,得到1个成功导入CRISPR/Cas9敲除载体的转化子,但靶标基因UV8b_2569未被成功敲除。
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