十字花科黑腐病菌菌黃素生物合成調(diào)控機(jī)理的研究.pdf

1、黃單胞菌屬(Xanthomonas)細(xì)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(xì)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(dǎo)致農(nóng)經(jīng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟(jì)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(xué)名為菌黃素。菌黃素可以保護(hù)菌體免受光氧化造成的損傷，有效促進(jìn)細(xì)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(xì)菌抵

2、御寄主植物的防御系統(tǒng)，因此與細(xì)菌的侵染致病能力相關(guān)。近期研究發(fā)現(xiàn):黃單胞菌產(chǎn)生一種可擴(kuò)散的信號(hào)因子DF(diffusible factor)，調(diào)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(nèi)酯(butyrolactone)，但此推測(cè)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(xué)和化學(xué)兩個(gè)角度：
　　

3、 (1)鑒定DF分子的化學(xué)結(jié)構(gòu);
　　 (2)研究DF的生物學(xué)功能;
　　 (3)深入研究DF合成相關(guān)蛋白XanB2的生化功能、酶促催化活性和機(jī)理;
　　 (4)解析DF生物合成途徑。
　　 首先，通過(guò)定點(diǎn)基因敲除，我們得到了DF缺陷型突變體△xanB2，建立了快速檢測(cè)DF的報(bào)告系統(tǒng)。隨后運(yùn)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(guò)質(zhì)譜(MS)和核

4、磁共振(NMR)分析，鑒定DF化學(xué)結(jié)構(gòu)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(xì)菌存活率、抗氧化性及系統(tǒng)侵染能力相關(guān)。
　　 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DF是通過(guò)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(gè)結(jié)構(gòu)域，其C-末端是一個(gè)類YjgF結(jié)構(gòu)

5、域，負(fù)責(zé)3-HBA的生物合成;而其N-末端結(jié)構(gòu)域包含一“FGFG”motif，負(fù)責(zé)4-HBA的生物合成，是一個(gè)結(jié)構(gòu)新穎的雙功能酶。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)。
　　 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(méi)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(guò)XanB2合成4-HBA作為CoQ8合成前體，這是一個(gè)