膜泡运输相关基因在稻瘟病菌生长发育和致病过程中的功能分析

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稻瘟病菌(Magnaportheoryzae)引起的稻瘟病是世界水稻生产上的一种最具破坏性的真菌病害,严重威胁全世界粮食安全生产。防治此病害主要采用选育和利用抗病丰产优质良种,同时以化学农药防治为辅,但由于该病原菌小种易变性,抗病品种在种植几年之后就失去其利用价值。因此,稻瘟病的防治始终是水稻生产上的一个难题,而控制该病原菌的一个重要前提是了解并掌握其生长发育及致病过程中的分子机制。近年来,稻瘟病菌全基因组序列的公布和遗传转化体系的完善加速了稻瘟病菌致病相关基因的发掘和鉴定,同时也为从基因组水平上理解稻瘟病菌致病分子机制提供了新的契机。本论文主要对膜泡运输过程中相关的一些蛋白家族及蛋白编码基因在稻瘟病菌生长发育及致病过程中的功能进行系统分析,研究结果如下:  Qc型SNARE(solubleN-ethylmaleimide-sensitivefactorattachmentproteinreceptor)蛋白Syn8在酵母中主要参与晚期内含体到高尔基体转运过程中。本文从稻瘟病菌中克隆了酵母中SYN8同源基因MoSYN8,并采用基因敲除的方法对其生物学功能进行研究。与野生型相比,该基因敲除突变体ΔMosyn8营养生长变慢,分生孢子产量降低,且部分分生孢子出现畸形。分生孢子附着胞膨压降低,在水稻叶鞘和大麦背面表皮上的侵入率降低,扩展能力受到影响,对水稻的致病力下降。FM4-64染色发现,突变体胞吞作用受到影响。突变体有性生殖能力丧失。此外,MoSYN8基因在菌株JS153中敲除后,导致其在非亲和品种CO-39上激发过敏反应的能力丧失,并形成了较小的稻瘟病斑,表明MoSyn8参与无毒效应分子的分泌。  从稻瘟病菌中克隆了酵母中SSO1同源基因MoSSO1,该基因敲除后,几乎丧失产生分生孢子能力,通过孢子梗染色发现可以产生孢子梗。采用菌丝球对创伤和不创伤的水稻和大麦进行离体致病性测定发现,突变体在不创伤条件下不发病,但在创伤条件下能够发病。表明其影响侵入能力,但对扩展能力没有影响。CFW染色发现突变体几丁质分布和菌丝极性发生改变;进一步通过FM4-64染色得知其内吞作用不受影响。此外,突变体对胞外漆酶的分泌和有性生殖能力几乎丧失。上述结果表明,MoSSO1参与了分生孢子的形成,菌丝几丁质分布和极性,胞外漆酶的分泌,有性生殖过程和致病性。  酵母中T型SNARE蛋白Tlg1和Tlg2以及Vti1形成一个复合体共同调控内含体相关囊泡到晚期高尔基体的膜泡融合过程;V型SNARE蛋白Snc1参与了高尔基体和质膜之间的分泌过程。利用基因敲除的方法对稻瘟病菌中的MoTLG1和MoSNC1进行功能分析。结果发现两者缺失突变体均不影响稻瘟病菌的致病性和对胞外漆酶和过氧化物酶的分泌,但其胞吞作用受到部分抑制;MoSNC1敲除突变体气生菌丝致密,生长茂盛,颜色变白。MoTLG1敲除突变体菌丝分支和极性均发生改变,气生菌丝变得稀薄,在营养利用方面存在缺陷。上述结果表明,MoSNC1和MoTLG1都参与了胞吞作用,不参与稻瘟病菌对胞外漆酶、过氧化物酶的分泌和对水稻的致病性,MoTLG1还参与了细胞壁形态建成。  膜泡运输过程中,除了SNARE蛋白外,还存在一类Rab型蛋白家族。Gyp蛋白家族都含有一个具有GTPase活性的TBC结构域,可以通过对GTP的水解和GDP磷酸化对Rab在膜泡运输过程中的功能进行调节。通过序列比对,在稻瘟病菌中共发现7个Gyp蛋白,这些蛋白编码基因缺失后发现,只有MoGYP1参与了稻瘟病菌对水稻的致病性。MoGYP1和MoGYP2敲除突变体产孢量下降,其余敲除突变体没有明显的表型差异。CFW染色发现,MoGYP1敲除突变体菌丝几丁质分布不均,原生质体释放变慢;同时,附着胞黑色素合成异常,膨压发生改变,其侵入能力受到影响;此外,FM4-64染色发现,突变体内吞作用没有变化,表明不参与调控胞吞作用。以上结果表明,MoGYP1通过调控细胞壁完整性,导致分生孢子产量,附着胞的成熟发生异常,进而影响对水稻的致病性,但对膜泡运输活动没有影响。  综上所述,SNARE蛋白在稻瘟病菌膜泡运输过程中具有重要作用,通过参与调控其胞吞和外泌作用,从而参与稻瘟病菌的生长发育、分生孢子产生、菌丝形态建成、有性生殖、菌丝表面疏水性及致病性;另外,Gyp蛋白家族部分成员在稻瘟病菌细胞壁完整性、附着胞成熟及致病过程中具有调控作用。
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