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文檔簡介
1、辣椒疫病是在世界范圍內(nèi)普遍發(fā)生的一種毀滅性病害,能侵染多種茄科及葫蘆科植物。最早在1922年,Leon Leonian 記載了發(fā)生在墨西哥辣椒疫病,確定其病原為Phytophthora capsici.病原物的成功侵染必須克服寄主的防衛(wèi)系統(tǒng),進而獲取養(yǎng)分進行繁殖擴大侵染。卵菌病原物能夠分泌效應(yīng)蛋白,引起寄主生理變化,破壞寄主防御系統(tǒng)。
NPP(Necrosis-inducing Phytophthora Protein),
2、也被稱為Nep-1 like proteins是一種典型的效應(yīng)蛋白。許多真菌細(xì)菌及卵菌都可以產(chǎn)生誘導(dǎo)壞死蛋白,特別是卵菌中的疫霉屬基因組存在大量的誘導(dǎo)壞死基因。植物受NPP 處理表現(xiàn)為乙烯釋放,MAP 激酶活化,植保素合成,PR基因誘導(dǎo)表達(dá),胞質(zhì)Ca2+釋放等防御反應(yīng)。NPP蛋白能夠誘導(dǎo)多種雙子葉植物產(chǎn)生過敏反應(yīng)。NPP蛋白可能在病原微生物中作為毒蛋白,而在一些腐生生物里具備非毒性功能。但是目前對NPP蛋白功能尚不清楚,本研究主要對辣椒
3、疫霉誘導(dǎo)壞死蛋白基因家族功能進行研究,探索其在疫霉侵染過程作用機制。
本研究對辣椒疫霉菌株SD33 內(nèi)NPP基因家族的致病遺傳機制及其功能進行了分析。
具體內(nèi)容如下:
(1)對辣椒疫霉高致病性菌株SD33 內(nèi)NPP蛋白基因克隆并進行生物信息學(xué)分析。首先對辣椒疫霉基因組序列進行生物信息學(xué)分析,特別分析了基因組內(nèi)NPP基因家族信息。以高致病辣椒疫霉菌株SD33 為材料,利用同源序列法克隆了該菌株內(nèi)1
4、8個NPP基因并進行BLAST分析;在利用DNAman軟件對克隆的序列進行比對,發(fā)現(xiàn)辣椒疫霉的NPP蛋白基因序列長度都在400-1000 bp,并且都有嚴(yán)格保守的‘GHRHDWE'基序,以及C-端相對保守序列‘QDLIMWDQ'.
(2)分析了18個NPP基因在菌體內(nèi)的表達(dá)模式并進行系統(tǒng)進化分析。根據(jù)18個基因序列,設(shè)計特異引物借助RT-PCR分析了菌絲生長階段基因家族不同基因的表達(dá)模式。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)有12個基
5、因在菌絲生長階段具有活性;同時下載不同物種的同源基因借助PAUP* 4.0軟件進行了系統(tǒng)進化分析,結(jié)果顯示所有來自卵菌的NPP基因都能聚成一支,而細(xì)菌和真菌的NPP基因卻不能嚴(yán)格分支,說明NPP基因是卵菌基因組特有的標(biāo)志,適合用于卵菌進化分析。
(3)辣椒疫霉NPP基因在植物體內(nèi)的功能分析。選擇了12個基因為研究對象,分別構(gòu)建了PVX表達(dá)載體,然后轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌進行瞬時表達(dá)。利用農(nóng)桿菌侵染法接種煙草和辣椒幼苗。記錄每個基因表達(dá)
6、后所引起兩種植物癥狀變化。結(jié)果顯示辣椒和煙草的癥狀不同,并且各個基因成員在同一種植物上表達(dá)后的癥狀也是大相徑庭;其中接種煙草的葉片大多出現(xiàn)壞死,黃化癥狀,個別基因接種沒有引起植物防衛(wèi)反應(yīng);而接種的辣椒葉片除了產(chǎn)生上述癥狀外,個別基因(Pcnpp7和Pcnpp8)的表達(dá)還出現(xiàn)了皺縮和卷曲癥狀。
這說明了NPP 家族成員基因功能的多樣性,辣椒疫霉NPP基因可能還具備其它一些新的功能。
(4)辣椒疫霉Pcnpp1
7、潛在活性位點基因體外突變及其突變體在煙草及辣椒中的瞬時表達(dá)。根據(jù)已報道的同源NPP蛋白結(jié)構(gòu),預(yù)測該基因可能有4個潛在活性位點(D112,H120,D123,E125),利用OverLap PCR 將4個活性位點分別進行定點突變(D112A,H120A,D123A,E125A)以及4個活性位點同時突變(112/120/123/125A)。并設(shè)計引物為這5個突變體分別構(gòu)建PVX載體(PGR106),并利用凍融法轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌GV3101。然后接
8、種煙草辣椒葉片,發(fā)現(xiàn)突變體都不能引起葉片壞死或者黃化。說明該基因所選擇的4個氨基酸是該蛋白的活性位點,該蛋白可能具備酶活性,是一類具有酶活性的效應(yīng)蛋白,但是具體底物未知。
(5)辣椒疫霉NPP基因在病原寄主互作過程中表達(dá)模式分析。用游動孢子懸浮液接種離體辣椒葉片,在接種后1d,3d,5d,7d 取樣然后提取發(fā)病葉片總RNA。反轉(zhuǎn)錄后用熒光定量PCR分析了12個候選基因在疫霉侵染過程中的表達(dá)模式。實驗結(jié)果顯示表達(dá)模式分兩種情
9、況。即Pcnpp1,Pcnpp2,Pcnpp6,Pcnpp9和Pcnpp10的表達(dá)模式基本一致,其表達(dá)量在侵染初期成上升趨勢,都在第3 d的表達(dá)量最高;而Pcnpp3,Pcnpp5,Pcnpp7,Pcnpp8,Pcnpp13,Pcnpp14和Pcnpp15表達(dá)量在整個侵染過程成上升趨勢,在侵染后期達(dá)到峰值。這說明NPP蛋白在病原侵染的整個階段都表達(dá),病原與植物防御系統(tǒng)間的反應(yīng)不僅局限于侵染初期,還可能持續(xù)整個侵染過程。辣椒疫霉誘導(dǎo)壞死基
10、因家族的成員分別在不同的侵染時期參與克服植物防御反應(yīng),在致病過程中起到重要作用。
(6)借助PEG 介導(dǎo)的原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化方法,得到了7個沉默突變體菌株,實現(xiàn)了10個候選基因的沉默。根據(jù)各基因序列設(shè)計基因特異性引物及載體pHAM34 酶切位點,構(gòu)建了12個候選基因的沉默表達(dá)載體。將重組質(zhì)粒及標(biāo)記質(zhì)粒pHspNpt 轉(zhuǎn)入辣椒疫霉SD33 原生質(zhì)體,利用抗生素G418 篩選轉(zhuǎn)化子。得到的轉(zhuǎn)化子在V8 培養(yǎng)基上生長并記錄生物性狀,包
11、括菌絲生長速率、菌絲形態(tài)、游動孢子產(chǎn)率等等。同時提取轉(zhuǎn)化子菌體總RNA,反轉(zhuǎn)錄后,熒光定量PCR分析各候選基因在各轉(zhuǎn)化子內(nèi)的沉默效率。結(jié)果顯示,7個轉(zhuǎn)化子中除了Pcnpp6和Pcnpp8 外,其余10個基因的沉默效率都在80%以上,并且出現(xiàn)了多個基因在同一個轉(zhuǎn)化子內(nèi)共沉默的現(xiàn)象,這可能是相關(guān)基因同源性較高,發(fā)生了染色體異染色質(zhì)化的原因。此外基因沉默并沒有引起疫霉菌株生物性狀的變化。
(7)對轉(zhuǎn)化子的致病性進行了檢測,利用游
12、動孢子接種方法處理辣椒幼苗葉片,以野生型菌株為對照,記錄葉片發(fā)病情況及病斑大小。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉默突變體的致病力明顯降低,表現(xiàn)為癥狀產(chǎn)生時間延緩并且病斑面積明顯變小。說明NPP基因沉默導(dǎo)致菌株致病力降低,NPP 在病原侵染過程中起到重要作用。
綜合所有實驗結(jié)果,我們認(rèn)為辣椒疫霉誘導(dǎo)壞死基因是以基因家族形式存在的,在寄主病原互作過程中扮演著重要角色。NPP基因是卵菌,特別是疫霉菌的一個典型特征。
辣椒疫霉誘導(dǎo)壞死
13、基因不僅能使植物產(chǎn)生常見的壞死,萎蔫等癥狀,還會引起寄主葉片皺縮壞死?;蚣易甯鞒蓡T的功能存在差異,即使同源性很高的基因基因之間也可能存在顯著的功能差異,對基因家族功能的研究不能局限于個別基因功能的分析。NPP蛋白可能是一種具備酶活性的效應(yīng)蛋白,或者可能是一種毒蛋白,但是具體作用底物還是未知的。NPP基因沉默不會引起菌株表型變化但會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化子致病力明顯降低。此外很難實現(xiàn)基因家族單一成員或者全部成員基因沉默,但是并不影響對該類基因功能的分
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