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Botrytis cinerea是一种死体营养型植物病原真菌,引发植物灰霉病。B.cinerea可以侵染200多种植物,在成熟软化的果实组织上表现出更强的致病力。因此,该病原菌将引起很多果蔬腐烂,造成重大的经济损失。研究该病菌的致病相关基因功能,有助于深入了解其致病机制,为有效控制灰霉病提供新思路。Rab家族小G蛋白在胞内的囊泡运输中起着核心的调控作用,在模式生物研究中发现Rab家族中Rab8/Sec4蛋白参与了囊泡分泌过程中由高尔基体向细胞膜运输的调控。本研究基于DNA序列的同源重组原理,通过转化B.cinerea的原生质体筛选到了3株Rab8/Sec4同源基因Bcsas1的敲除突变体,利用分子生物学、细胞生物学、植物病理学、蛋白质组学等研究方法比较系统地研究探讨了该基因的功能,为揭示Rab家族基因对B.cinerea致病力的调控机制提供了依据。
1.外源氧化胁迫下B.cinerea Rab家族基因的表达模式:用外源H202处理萌发中的灰霉孢子,通过半定量RT-PCR的方法检测了B.cinerea Rab家族基因的表达,结果显示外源氧化胁迫可以显著提高Rab家族基因的表达水平,由此推测在灰霉菌与寄主互作的过程中,寄主产生的活性氧爆发可以促进病原菌同外界的物质交换。
2.Bcsas1基因敲除突变体的筛选:基于DNA序列的同源重组原理,通过聚乙二醇(PEG)介导的灰霉原生质体转化方法筛选到了三株Bcsas1基因的敲除突变体。通过单孢分离得到了同核体突变株,并通过Southern blot验证了该三株突变株都是单拷贝插入突变。
3.Bcsas1基因敲除突变体基本表型检测:突变株菌丝的极性生长受到抑制,导致生长速率变得极为缓慢;突变株菌丝变细且分支增多,产孢量比野生型菌株低了两个数量级,并且失去了产生菌核的能力。
4.Bcsas1基因敲除突变体致病力的检测:突变株侵染番茄果实后病斑扩展速率明显低于野生型菌株,在苹果果实和离体番茄叶片上上突变株几乎丧失了侵染能力。Bcsas1基因敲除突变体可以产生正常的附着孢,并成功侵染洋葱表皮。突变株向胞外分泌的多聚半乳糖醛酸酶(PG)和木聚糖酶等细胞壁降解酶的活性明显低于野生型菌株,这可能是造成突变株致病力下降的原因之一。
5.Bcsas1基因敲除突变体囊泡运输和蛋白质分泌检测:通过FM4-64对菌丝进行染色,结果发现突变株中囊泡的分泌受到了阻碍,在突变株菌丝的顶端和亚顶端区域出现了囊泡聚集的现象。采用单向SDS-PAGE检测结果表明突变株的蛋白分泌量显著下降;而双向SDS-PAGE结果显示分泌量下调的蛋白以多糖水解酶和蛋白酶为主,其中很多蛋白同病原真菌的致病力存在着密切关系。
6.互补菌株的筛选和检测:通过向突变株中转化Bcsas1基因序列(包括其基因组上的启动子和终止子序列)来获得突变株的互补菌株。之后对互补菌株进行检测,结果表明互补菌株的生长速率、菌落和菌丝形态、产孢量和致病力等指标均回复到了野生型菌株的水平。从另一方面进一步证明了突变株各种表型的变化是由于Bcsas1基因功能的缺失。