杨树黑斑病病原—杨生褐盘二孢菌分泌蛋白及效应因子研究

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杨树是林木中的模式树种,具有重要的经济价值。杨树在生长发育过程中会受到多种病虫害的危害。杨树黑斑病是杨树的一种重要病害,其致病菌是一种真菌——杨生褐盘二孢菌。病原菌在侵染植物过程中会释放效应因子,可以帮助病原菌干扰或阻碍植物基础防御反应——PTI(病原相关分子模式诱发性免疫)反应的启动和应答,以完成其侵染和定植。研究杨生褐盘二孢菌的效应因子蛋白,可以让我们更加深入的了解植物—病原菌相互作用的分子机理。本研究以杨生褐盘二孢菌为材料,从其培养基中分离并获得分泌蛋白,进而克隆效应因子基因,使用实时定量PCR技术研究这些基因的表达模式,同时利用杨生褐盘二孢菌全基因组数据库大规模的预测效应因子,并利用杨树原生质体瞬时表达系统进行效应因子筛选工作。实验结果如下:从杨生褐盘二孢菌液体培养基中获得病原菌分泌蛋白质,利用蛋白质双向电泳技术分离并获得50个蛋白点,使用基于质谱的de-novo从头测序技术,获得其中32个蛋白点的肽段序列,利用MS-BLAST技术鉴定出其中的四个蛋白,其中三个是细胞壁降解酶,一个病原激发子蛋白。根据获得的肽段序列信息,采用CODEHOP方法设计简并引物,使用PCR以及RACE技术从杨生褐盘二孢菌cDNA中克隆分泌蛋白的基因序列,一共成功获得15个分泌蛋白的全长cDNA序列。利用NCBI数据库进行序列比对,发现上述利用MS-BLAST方法鉴定到的四个蛋白点的基因被包含在内。其他蛋白点中,9个基因序列相似性很高,结构域分析显示这九个基因可能都编码LysM效应因子蛋白,该效应因子蛋白被预测可以特异性地结合真菌侵染植物过程中自身产生的几丁质碎片,避免被植物识别而引发防御反应。剩余两个蛋白点的序列分析显示其序列特异性非常高,根据其蛋白特性推测为潜在的效应因子蛋白。为了进一步鉴定编码杨二孢分泌蛋白的基因的表达特征,我们根据所获得的cDNA全长序列设计了实时定量引物。使用实时定量的方法来对这些基因在杨二孢侵染感病杨树I-214杨过程中的表达模式进行分析。同时利用电子扫描显微镜来观察侵染过程中病原菌的发育情况和侵染程度,以研究侵染过程同基因表达的关系。研究分泌蛋白基因结果显示细胞壁降解酶在接种后表达量持续上调并4天达到峰值,而后表达量下降。而LysM效应因子则在接种后4天表达量开始上调而且到接种后6天仍然持续上调。扫描电镜观察结果显示病原菌在接种后1-2天即开始穿刺杨树表皮层并在接种后4天时可以观察到在栅栏组织中生长的菌丝体。这说明细胞壁降解酶主要在侵染早期得到表达用以瓦解植物的角质层、细胞壁等防御手段,而效应因子蛋白则有可能在侵染的后期发挥重要作用。为了进一步筛选并获得更多的病原菌效应因子,在杨生褐盘二孢菌全基因组测序工作完成后,根据真菌效应因子氨基酸序列的普遍特征,我们使用生物信息学工具预测了106个候选效应因子以供筛选,经过克隆最终得到25个候选效应因子蛋白基因,并构建载体。同时,为了更加准确的预测效应因子在宿主植物细胞内的生物学功能,我们利用杨树原生质提瞬时转化体系作为筛选平台,用杨树转录因子WRKY29作为报告基因,采用荧光检测系统建立了一套筛选宿主细胞内起作用的效应因子的策略,并成功筛选到对杨树PTI下游信号传导途径具有干扰作用的效应因子蛋白。
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