梨果黑斑病菌磷酸二酯酶的功能分析及其对果皮物化信号诱导附着胞形成的调控机制

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磷酸二酯酶(PDE)通过介导c AMP水解来调节病原菌营养生长、产孢、萌发和致病性等。前期研究发现c AMP-PKA信号途径参与了梨果黑斑病菌Alternaria alternata感知果实表皮蜡质信号进而启动侵染的过程,但c AMP降解酶PDE基因对A.alternata侵染结构分化的调控机制尚需进一步揭示。本文在对A.alternata PDEs基因克隆、生物信息学和基因表达模式分析的基础上,通过分子生物学和药理学方法,系统研究了Aa PDEs基因对梨果表皮蜡质和疏水性诱导A.alternata侵染结构分化、生长发育、应激胁迫、黑色素合成和致病性的调控作用。主要研究结果如下:1.以玉米大斑病菌L-PDE和H-PDE的蛋白序列作为参考,在A.alternata基因组全序列数据库中进行BLAST比对,得到L-PDE和H-PDE的同源基因,分别命名为Aa PDEL和Aa PDEH,并从梨果黑斑病菌A.alternata中克隆得到Aa PDEL和Aa PDEH CDS区长度分别为3132 bp和2888 bp。生物信息学分析表明,Aa PDEL属于酸性蛋白,Aa PDEH属于碱性蛋白,均属于亲水性不稳定蛋白;Aa PDEL和Aa PDEH分别与小麦褐斑病菌(Pyrenophoratritici-repentis)和番茄匍柄霉(Stemphylium lycopersici)的同源性分别高达79.25%和88.8%;Aa PDEL具有Class II PDE保守催化结构域和翻译延长因子EF1G保守基序,Aa PDEH具有典型的Class I PDE保守催化结构域和金属依赖性磷酸二酯酶“HD”基序,分别定位于线粒体上和细胞核上。2.利用同源重组、PEG介导的原生质体转化法以及RT-q PCR技术验证获得基因缺失突变株ΔAa PDEL、ΔAa PDEH及回补菌株ΔAa PDEL-C和ΔAa PDEH-C。生物学功能分析表明,与野生型相比,ΔAa PDEL菌落直径显著降低,菌落颜色浅,在7 d时较野生型降低了14.3%,产孢量显著降低,低于野生型67.9%,而ΔAa PDEH菌落生长和产孢量无明显变化;ΔAa PDEL对渗透胁迫(Na CL)的较敏感,细胞壁合成抑制剂(Congo Red)对ΔAa PDEL抑制作用不明显,而对ΔAa PDEH具有显著的抑制作用。此外,Aa PDEL和Aa PDEH均正向调控黑色素的合成,其中Aa PDEL起着主要调控作用。3.在A.alternata侵染结构分化中c AMP含量呈上升趋势,同时梨果表皮物化信号诱导Aa PDEs基因上调。体外试验和洋葱表皮模拟体内试验发现涂有果蜡的疏水性表面能显著诱导A.alternata孢子萌发和附着胞的形成,而Aa PDEL和Aa PDEH的缺失会促进附着胞形成,其中Aa PDEL起主要调控作用。同时Aa PDEL和Aa PDEH的缺失提高了果皮蜡质诱导附着胞形成过程中的胞内c AMP含量。PDE抑制剂长春西汀处理进一步证实PDE参与了梨果皮蜡质和疏水性诱导A.alternata孢子萌发和附着胞形成过程。此外,ΔAa PDEL的侵染菌丝形成率和菌丝穿透能力降低,且在损伤接种的梨果上致病能力减弱,而ΔAa PDEH与对照差异不显著。综上所述,Aa PDEs对梨黑斑病菌A.alternata的生长、应激胁迫、致病性和黑色素合成中具有重要的调控作用,尤其发现Aa PDEs参与了梨果表皮物化信号诱导A.alternata侵染结构分化的过程。
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