灰葡萄孢BcPDR1基因在病菌生长发育和致病过程中的功能

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本实验室前期从灰葡萄孢ATMT突变体库中筛选获得了一株致病力丧失的突变体BCt89,明确了其突变基因为BcPDR1;利用基因敲除技术,初步确定了BcPDR1基因在灰葡萄孢生长发育和致病过程中的作用,本研究进一步利用互补回复技术,在BcPDR1基因敲除突变体ΔBcPDR1的基础上,创制了该基因的回复突变体ΔBcPDR1/BcPDR1;通过对野生型BC22、T-DNA插入突变体BCt89、敲除突变体ΔBcPDR1和回复突变体ΔBcPDR1/BcPDR1的表型和致病力进行分析,明确BcPDR1基因在灰葡萄孢生长发育和致病过程中的功能;通过对突变体BCt89、ΔBcPDR1和ΔBcPDR1/BcPDR1的致病因素(胞壁降解酶、毒素、产酸能力)、信号途径相关基因及致病相关基因的表达情况进行分析,确定BcPDR1基因调控病菌致病力的机制;通过检测突变体BCt89、ΔBcPDR1和ΔBcPDR1/BcPDR1对非生物胁迫的敏感性,明确BcPDR1基因对病菌非生物胁迫的影响。研究结果为阐明BcPDR1基因调控病菌生长发育和致病的分子机制奠定了基础,并为灰霉病的防治及新型杀真菌制剂的研制提供理论依据和实践基础。主要研究结果如下:  1.利用Real-time PCR技术,对BcPDR1基因在灰葡萄孢野生型菌株BC22的不同生长时期、不同部位的表达水平进行检测,确定了BcPDR1基因在病菌的菌丝、分生孢子和菌核中均有表达,在菌核和分生孢子中的表达水平较高,在菌丝中的表达水平相对较低。  2.利用基因互补回复技术,成功构建了BcPDR1基因的表达载体pBARKS1-BcPDR1-eGFP;利用原生质体转化技术,将pBARKS1-BcPDR1-eGFP载体遗传转化进BcPDR1基因敲除的突变体ΔBcPDR1中;利用草铵磷抗性对转化子进行筛选,并利用PCR、Southern blotting、RT-PCR、Real-time PCR等技术对所得转化子进行鉴定,确定了试验所获得的转化子为BcPDR1基因的回复突变体ΔBcPDR1/BcPDR1。  3.以灰葡萄孢野生型BC22作为对照,对BcPDR1基因的T-DNA插入突变体BCt89、敲除突变体ΔBcPDR1和回复突变体ΔBcPDR1/BcPDR1的表型进行分析,发现突变体BCt89和ΔBcPDR1的生长速率缓慢,菌落呈白色,且不产生菌核,菌丝颜色较浅、相对纤细、分隔短,不产生分生孢子;而野生型菌株和回复突变体的菌落呈灰白色,有菌核和分生孢子产生,菌丝颜色较深、分隔较长。表明BcPDR1基因正调控灰葡萄孢菌丝生长、分生孢子和菌核的生成。  4.对突变体BCt89、ΔBcPDR1和ΔBcPDR1/BcPDR1的致病力进行分析,发现野生型菌株和回复突变体均能在番茄果实和拟南芥叶片上产生明显的病斑,而突变体BCt89和ΔBcPDR1在番茄果实和拟南芥叶片上均不能形成病斑,且在接种BCt89和ΔBcPDR1的拟南芥叶片中灰葡萄孢BcACTIN基因的表达水平显著低于接种野生型和回复突变体的叶片,表明BcPDR1基因正调控灰葡萄孢的致病力。  5.对突变体BCt89、ΔBcPDR1和ΔBcPDR1/BcPDR1的胞壁降解酶活性、毒素和产酸能力进行分析,发现突变体BCt89和ΔBcPDR1的乳糖醛酸酶(PMG)、乳糖醛酸酶(PG)和纤维素酶(Cx)酶活性较野生型菌株和回复突变体ΔBcPDR1/BcPDR1的明显降低,而多聚半乳糖醛酸反式消除酶(PGTE)和果胶甲基反式消除酶(PMGE)的酶活性与野生型菌株和回复突变体没有显著性差别。突变体BCt89、ΔBcPDR1的毒素活性较野生型和回复突变体明显降低,产酸能力明显减弱,表明BcPDR1基因正调控病菌的胞壁降解酶PMG、PG和Cx的活性、毒素活性和产酸能力。  6.利用Real-time PCR技术,对灰葡萄孢野生型BC22和突变体BCt89、ΔBcPDR1、ΔBcPDR1/BcPDR1中信号途径相关基因和致病相关基因的表达水平进行检测,结果发现,突变体BCt89和ΔBcPDR1中信号途径相关基因Bcp1、edka的表达水平明显降低,pka、pka2、bac、ras2基因的表达量明显升高;突变体BCt89和ΔBcPDR1中致病相关基因lac1、P450-1、god1、cutA基因的表达水平明显降低,btp1、bcbot1、glyox1、bcpg1和bcpg2基因的表达水平明显高于野生型和回复突变体,表明BcPDR1基因参与调控灰葡萄孢信号途径相关基因和致病相关基因的表达。  7.对灰葡萄孢野生型BC22和突变体BCt89、ΔBcPDR1、ΔBcPDR1/BcPDR1响应非生物胁迫的反应进行检测,发现突变体BCt89和ΔBcPDR1在含有甘油、KCl、NaCl、氟康唑、刚果红和甲萘醌的培养基中受抑制程度均明显高于野生型和回复突变体,表明BcPDR1基因正调控灰葡萄孢对非生物胁迫的响应。
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