十字花科黑腐病菌菌黃素生物合成調控機理的研究.pdf

1、黃單胞菌屬(Xanthomonas)細菌是一類革蘭氏陰性植物病原菌，該屬的大多數(shù)成員能夠侵染許多重要農(nóng)作物，引發(fā)病害，例如:水稻白葉枯病、水稻細菌性條斑病、十字花科植物黑腐病和棉花角斑病等。黃單胞菌侵染可以導致農(nóng)經(jīng)作物嚴重減產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。
　　 幾乎所有黃單胞菌產(chǎn)生一種附膜的非水溶性黃色素，學名為菌黃素。菌黃素可以保護菌體免受光氧化造成的損傷，有效促進細菌在寄主植物上的附生及存活。菌黃素具有高度抗氧化能力，能夠幫助細菌抵

2、御寄主植物的防御系統(tǒng)，因此與細菌的侵染致病能力相關。近期研究發(fā)現(xiàn):黃單胞菌產(chǎn)生一種可擴散的信號因子DF(diffusible factor)，調控菌黃素的生物合成，從而影響菌株的致病性。初步分析表明:DF是一種丁酰內酯(butyrolactone)，但此推測近期被否定。
　　 本研究以十字花科黑腐病菌Xanthomonas campestris pv.campestris(Xcc)為模式菌株，從生物學和化學兩個角度：
　　

3、 (1)鑒定DF分子的化學結構;
　　 (2)研究DF的生物學功能;
　　 (3)深入研究DF合成相關蛋白XanB2的生化功能、酶促催化活性和機理;
　　 (4)解析DF生物合成途徑。
　　 首先，通過定點基因敲除，我們得到了DF缺陷型突變體△xanB2，建立了快速檢測DF的報告系統(tǒng)。隨后運用萃取、硅膠柱層析和高效液相色譜(HPLC)等分離方法，從Xcc發(fā)酵上清液中提取和純化DF，再通過質譜(MS)和核

4、磁共振(NMR)分析，鑒定DF化學結構為3-羥基苯甲酸(3-hydroxybenzonic acid)和4-羥基苯甲酸(4-hydroxybenzonic acid)。此外，表型分析揭示:DF與細菌存活率、抗氧化性及系統(tǒng)侵染能力相關。
　　 進一步研究發(fā)現(xiàn)DF是通過莽草酸途徑合成的。DF生物合成酶XanB2能夠利用莽草酸途徑的最終產(chǎn)物分支酸為前體合成3-HBA和4-HBA。XanB2包含三個結構域，其C-末端是一個類YjgF結構

5、域，負責3-HBA的生物合成;而其N-末端結構域包含一“FGFG”motif，負責4-HBA的生物合成，是一個結構新穎的雙功能酶。實驗結果顯示:3-HBA參與菌黃素生物合成，而4-HBA與輔酶Q生物合成相關。
　　 Xcc基因組包含大腸桿菌CoQ8合成所需基因的同源基因ubiABEFGH，卻沒有編碼合成4-HBA所必需的基因ubiC和脫羧酶基因ubiD。本研究表明:Xcc通過XanB2合成4-HBA作為CoQ8合成前體，這是一個