乙醇脱氢酶在灰葡萄孢生长发育、环境适应及致病等过程中的功能研究

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由灰葡萄孢(Botrytis cinerea)侵染引起的植物灰霉病是一种世界性的植物真菌病害。该菌能侵染几乎所有的果蔬作物,全球每年因各种作物灰霉病的发生导致的经济损失高达上千亿美元。防治植物灰霉病传统的方式是施用大量的化学农药,这不仅花费巨大,污染环境,而且在长期使用农药后会导致灰葡萄孢抗药性的产生并使农药失效。因此,在分子水平研究灰葡萄孢的致病分子机理,可为寻找有效和环境友好的防治灰霉病的方法提供科学依据。两株灰葡萄孢模式菌株全基因组测序的发表,使从基因水平研究灰葡萄孢的致病分子机理变为容易。我们实验室前期从灰葡萄孢与番茄寄主早期互作的转录组学研究中发现了灰葡萄孢中编码乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase)的三个基因BcADH1,BcADH2和BcADH3在该菌侵染寄主早期其转录水平急剧提升,可能参与了该菌的致病过程。本研究在此基础上,利用同源重组的方法进行了灰葡萄孢BcADH的基因敲除和对基因敲除突变体进行了功能性互补,并成功获得了三个编码乙醇脱氢酶基因的基因敲除突变体△bcadh1,△bcadh2和hbcadh3和其相应的基因互补转化子△bcadh1-C,Abcadh2-C和Abcadh3-C。生长表型观察发现:基因BcADH1、BcADH2基因敲除突变体和Abcadah1和△bcadh2的分生孢子的形状和大小、菌丝的生长速率、孢子形成和菌核形成与野生型菌株差别极其显著,BcADH1和BcADH2基因敲除的互补转化子△bcadh1-C,△bcadh2-C均能恢复这些生长表型的差异。而基因BcADH3的突变体在上述的表型上与野生型菌株差别不大。对突变体和野生型菌株进行孢子萌发、初生菌丝分支等状况进行分析,结果表明:在培养6小时后,除了△bcadh2的孢子萌发率为60%外,其它两个突变体(△bcadh1和△bcadh2)的孢子萌发率为90%。除此之外,在孢子萌发12小时后,基因敲除突变体△bcadh1和△bcadh2的初生菌丝分支情况、产孢和菌核形成与野生型对照菌株有显著的差异。与野生型对照菌株相比,突变体△bcadh1和△bcadh2的产孢量显著下降,但其菌核生成量却显著增加。此外,与野生型灰葡萄孢相比,BcADH基因敲除突变体在面临生长环境中的过氧化氢(H2O2)、氯化钴(一种可用于模拟低氧状态的化合物)、乙醇、SDS等逆境胁迫时,△bcadh1、△bcadh2、和△bcadh3突变体表现得更为敏感,其相应的基因敲除互补转化子基本恢复到野生型的水平。致病性研究结果表明:与野生型对照菌株相比,基因敲除突变体△bcadh1、△bcadh2和△bcadh3突变体致病性明显减弱,其相应的基因敲除互补转化子△bcadh1-C,△bcadh2-C和△bcadh3-C的致病性基本恢复到野生型水平。综上所述,本研究结果清楚地表明了灰葡萄孢乙醇脱氢酶基因ADH参与调控该菌的生长发育、逆境适应和致病过程,是灰葡萄孢必不可少的致病相关因子。
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