稻瘟病菌中醛脫氫酶的重要功能研究.pdf

1、植物具有快速產生大量不同種類的次級代謝產物的能力，主要包括過氧化氫，乙醛以及其它酒精衍生物，用以響應入侵病原微生物誘導產生的持續(xù)刺激。這些次級代謝產物的產生代表宿主已啟動基因層面的抗病反應，這在很大的程度上被認為是最有效且能在宿主體內被快速被激活的早期防御機制之一。很多植物都能通過這種機制用抵御入侵的病原體，進而提高自身的免疫能力。
　　實際上，這種形式的抗病反應就是我們通常所說的PTI。PTI一旦被激發(fā)，侵染部位細胞將迅速產生并

2、積累具有高度活性的代謝物。這些代謝物能夠產生充分的毒性以扼殺病原體，或者抑制它們在宿主細胞中的生長和繁殖。以乙醛以及其他酒精衍生物為主要成分，這些次級代謝產物共同組成了寄主植物抵抗寄生微生物的化學“軍火庫”。顯然，植物病原體為成功侵染宿主必須克服這個先天的化學屏障。為了闡明在與宿主互作過程中，病原真菌通過什么機制化解宿主細胞中大量乙醛造成的危機，我們通過生物信息學、功能基因組學以及蛋白質組學等手段隊稻瘟病菌ALDHs相關基因進行分類，病

3、理生理功能研究，以及互作蛋白鑒定。
　　醛脫氫酶是一類進化上保守的多態(tài)酶，隸屬于一個 NAD(P)+依賴的酶超家族，催化一個不可逆的氧化反應：將內源和外源乙醛轉化為相應的羧酸。因此，從根本上消解胞內外乙醛的毒性。醛脫氫酶超家族的成員之間差異較大，它們定位在不同的細胞組分，參與調控不同的代謝和生物合成途徑。自從18世紀早期亞洲爆發(fā)了第一次有歷史記錄的稻瘟病之后，這種快速變異的病原真菌席卷了全球86個主產區(qū)，造成的水稻減產量足以養(yǎng)活六

4、千萬人口，相當于我們要利用有限的勞動力、水資源和耕地將水稻產量從現(xiàn)在每年5億噸提高到7億噸才能填補稻瘟病所造成的國際糧食空缺。因此，我們堅信，本研究是具有重要性和時新性的。根據稻瘟數據庫序列比對結果，我們找到16個假定的醛脫氫酶基因，并通過系統(tǒng)進化樹分析這些醛脫氫酶基因在稻瘟病菌以及相關真菌中的保守性。然后利用同源重組和RNA沉默技術分別獲得稻瘟病菌13個醛脫氫酶超家族基因的敲除或者RNAi沉默突變體。
　　隨后，我們對這些醛脫氫

5、酶編碼基因敲出突變體進行一系列的生物學分析，以明確這些ALDHs蛋白在稻瘟病菌生長發(fā)育過程中的生理功能。
　　我們的研究結果表明，稻瘟病菌中絕大多數的醛脫氫酶都具有促進細胞增殖以及增強營養(yǎng)發(fā)育的功能。
　　此外，我們發(fā)現(xiàn)所有醛脫氫酶基因敲出突變體的產孢量都明顯下降，表明這些基因都在產孢過程發(fā)揮重要作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，一些底物特異性的醛脫氫酶，包括 MoMET、MoFAT和 MoSAL，對稻瘟病菌致病過程都具有關鍵的作用，它

6、們的基因敲除突變體對水稻以及大麥都不致病。
　　此外，我們首次發(fā)現(xiàn)，MoMET通過調控附著胞發(fā)育相關的信號通路，影響稻瘟病菌芽管發(fā)育以及附著胞的形成。實驗結果表明，ΔMomet突變體以類根出芽的形式形成異常的萌發(fā)管。
　　在本研究中我們還發(fā)現(xiàn)醛脫氫酶突變體對酒精具有專一敏感型，但是，對 ROS、SDS、NaCl和DTT等其它滲透因子表現(xiàn)出中度到較強的適應性。
　　對一些廣泛底物醛脫氫酶的研究結果表明，多數寬底物醛脫氫酶

7、只影響稻瘟病菌的毒性但是不影響其致病性。但是，其中兩個蛋白（MGG_00719和 MGG_07890）對于稻瘟病菌致病性也具有重要作用，其基因敲除突變體對水稻和大麥都不致病。
　　除此之外，我們通過研究發(fā)現(xiàn)MoPOT敲出突變體的孢子形態(tài)異常而且不具侵染能力。這個結果表明MoPOT參與稻瘟病病\菌分生孢子形態(tài)建成過程。
　　最后，我們發(fā)現(xiàn)稻瘟病病菌中醛脫氫酶還具有滲透保護劑的功能，大多數醛脫氫酶缺失突變體具有高發(fā)性的細胞破裂現(xiàn)