香蕉枯萎病菌致病相关microRNA的筛选与功能分析

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MicroRNA(miRNA)是一类单链非编码的小分子RNA(s RNA),在真核生物的生长、发育及各种抗逆应答中发挥重要作用。虽然真菌中已发现一类与动植物的miRNA非常相似的s RNA称为micro RNA-like RNA(milRNA),但是有关其功能的研究,特别是与致病相关的研究报道非常有限。由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense)引起的香蕉枯萎病是制约香蕉生产的毁灭性病害。有关该病原菌致病机理的研究已经取得了一定的研究进展,但是香蕉枯萎病菌miRNA在病原菌致病过程的调控作用还未见报道。本研究以香蕉枯萎病菌为研究对象,筛选鉴定致病初期表达量显著上调的milRNA,并对其功能进行研究。具体结果如下:1.纯培养和接种寄主36 h的香蕉枯萎病菌s RNA高通量测序及其数据分析分别以纯培养和侵染寄主36 h的香蕉枯萎病菌为材料,通过高通量测序获得香蕉枯萎病菌的s RNA数据库。生物信息分析获得侵染前后差异显著的序列1280条,从差异显著上调的953条序列中,经序列比对以及其前体茎环结构预测筛选出108个侵染后高表达的候选milRNAs。2.接种后显著高表达的milRNA的验证及合成途径分析对候选的108个milRNAs进行q RT-PCR验证,利用q RT-PCR技术筛选出11个接种后稳定高表达的milRNAs,再通过反转录PCR克隆了其中3个茎环结构较好的目标milRNAs,其中milR87和milR106长度为22nt属于典型的milRNA,milR72长度为107nt,推测可能为长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)。通过对这些目标s RNA的合成途径检测发现milR87的合成依赖Argonaute和Dicer,而milR106合成依赖Dicer,milR72的合成与Argonaute相关。3.目标milRNA的敲除和过表达突变体的筛选与鉴定以PEG介导的原生质体转化法,分别对目标s RNA:milR87、milR106及milR72进行前体片段的敲除,经PCR检测验证获得milR87、milR72及milR106敲除突变体。q RT-PCR检测发现目标milRNA在其相应的敲除突变体中均不表达。通过构建目标milRNA过表达载体,应用PEG转化法,成功筛选验证到milR87、milR72及milR106的过表达转化子,q RT-PCR结果显示,过表达转化子milRNA表达量与野生型菌株XJZ2相比显著上升。4.目标milRNA突变体的表型分析milR87、milR106敲除与过表达突变体的菌落形态、生长速率及菌丝生长量等方面与野生型菌株没有明显差异。但milR72突变体相对于野生型菌株生长变缓,液体培养时菌丝干重显著减小,过表达milR72后生长速率与野生型菌株一致,菌丝干重更大。milR87、milR72及milR106敲除突变体产孢量相比野生型菌株显著减少,而过表达后产孢量有所增加。对过氧化氢敏感性测试发现,敲除突变体生长相对野生型菌株明显受抑制,而过表达后突变体对过氧化氢抗性明显增强,但milR87过表达后气生菌丝减少,而milR106、milR72气生菌丝恢复至野生型菌株一致。对细胞壁抑制剂刚果红和荧光白的敏感性测试发现,敲除突变体与野生型菌株无明显差异,而过表达突变体生长快于野生型菌株。5.目标milRNA突变体的致病力检测检测目标milRNA突变体的致病力发现,milR87、milR72及milR106敲除突变体与野生型菌株相比在玻璃纸穿透能力、番茄侵染能力及对香蕉苗的致病力上均明显减弱,但目标milRNA过表达后穿透能力及侵染寄主能力相较于野生型则明显增强。上述结果表明,香蕉枯萎病菌中的milR87、milR106及milR72与病原菌的生长发育、产孢量及对过氧化氢的响应相关,还参与调控病原菌对寄主的致病力。
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