绿僵菌热应激响应的转录组分析及金属蛋白酶功能研究

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:daweihu2009
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绿僵菌(Metarhizium)是一类广泛应用于生物防治的昆虫病原真菌,其孢子的耐热性差极大地限制了绿僵菌商品化生产和大田应用的效率。然而至今,绿僵菌分生孢子的耐热机制仍然不清晰,需要进一步的深入研究。因此,为阐明绿僵菌分生孢子的耐热机制,进一步提高绿僵菌生防效果,本文以罗伯茨绿僵菌(Metarhizium robertsii)为研究对象,利用高通量测序技术对罗伯茨绿僵菌分生孢子在热处理前后的转录组进行了比较分析,发现了一批与热应激响应相关的基因。转录组分析时发现两个锌金属蛋白酶基因Mrmep1(EFY97549)和Mrmep2(EFY97706)在热处理的绿僵菌分生孢子中表达显著上调,为此,本文进一步通过基因敲除和回补的策略对Mrmep1和Mrmep2功能进行了深入研究。取得的主要结果如下:1)利用高通量测序RNA-seq技术,比较分析了罗伯茨绿僵菌分生孢子在热处理前后基因转录组表达谱差异,共鉴定出3,510个差异表达的基因,其中2,722个基因上调表达、788个基因下调表达。2)利用生物信息学技术进一步对3,510个差异表达基因进行了 GO注释和通路富集分析,发现多数差异表达的基因参与代谢过程、生物调节、细胞过程和应激响应。参与内吞途径、蛋白酶体途径和自噬调节途径的大多数基因表达显著上调,而参与核糖体途径相关的大多数的基因则表达下调。研究还发现在热胁迫条件下,编码热休克蛋白和参与海藻糖积累的基因表达也呈现显著变化,提示这2类基因可能也参与了罗伯茨绿僵菌分生孢子的热应激响应。3)利用RACE技术克隆获得了 Mrmep1和Mrmep2的全长mRNA序列。生物信息学预测了 Mrmep1和Mrmep2蛋白分子量分别为68.66 kDa和27.89kDa,理论等电点(pI)分别为6.17和5.66;Mrmep1和Mrmep2蛋白都含有信号肽序列,表明它们是细胞外蛋白质。系统发育分析表明Mrmep1和Mrmep2两种蛋白质都属于锌金属蛋白酶家族。4)利用突变体技术构建了Mrmep1和Mrmep2基因敲除突变体,进一步对Mrmep1和Mrmep2的功能进行了深入研究。结果表明:相对于野生型(WT)菌株,△Mrmep1和△Mrmep2突变体的生长速率分别降低了 16.2%和16.5%。两种突变体对细胞壁干扰物质(十二烷基硫酸钠和刚果红)的敏感性低于野生型菌株,而真菌对紫外线照射或热应激的敏感性没有任何明显变化。△Mrmep1、△Mrmep2和△Mrmep1△Mrmep2突变体的产孢量分别降低了 56.0%、23%和53%。生物测定结果如下:与浓度为1×107分生孢子mL-1的WT菌株相比,侵染大蜡螟(Galleria mellonella)的半数致死时间分别增加了 25.5%(△Mrmep1)、19%(△Mrmep2)和 28.8%(△Mrmep1△Mrmep2)。这说明,与WT菌株相比,△Mrmep1、△Mrmep2和△Mrmep1△Mrmep2菌株毒力明显减弱。特别是被罗伯茨绿僵菌感染接种后36h,Mrep1的转录表达水平比Mrmep2高1.6倍。此外,抗菌肽gallerimycin基因是鳞翅目昆虫中的抗真菌肽,可以被多种细菌、真菌、甚至脂肪体中的MEP诱导;本研究结果发现,与WT菌株侵染的昆虫相比,△Mrmep1、△Mrmep2或△Mrmep1△Mrmep2突变体侵染昆虫中的抗菌肽转录表达水平分别高1.2倍、2.18倍和2.5倍。这些研究结果揭示Mrmep1和Mrmep2在罗伯茨绿僵菌的生长发育及毒力方面具有不同的功能。总之,本研究论文揭示了罗伯茨绿僵菌分生孢子的热应激响应机制,阐明了两种金属蛋白酶(Mrmep1和Mrmep2)在罗伯茨绿僵菌的生长、产孢、细胞壁完整性及毒力方面发挥重要的作用。本文的研究结果为进一步利用金属蛋白酶创制出高毒力和环境耐受型转基因菌株提供了重要的基因资源和理论基础。
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