被毛孢寄生大豆孢囊线虫的分子机制以及杀线虫化合物高通量筛选方法的建立

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本论文分为两部分,即食线虫真菌被毛孢寄生大豆孢囊线虫的分子机制和杀线虫化合物高通量筛选方法的构建。  洛斯里被毛孢(Hirsutella rhossiliensis)和明尼苏达被毛孢(H.minnesotensis)是大豆孢囊线虫二龄幼虫的重要的内寄生真菌,具有相似的生活史和侵染循环。目前对被毛孢寄生性进化和分子机制还缺乏全面而深入的了解。我们通过全基因组测序获得了这两种线虫内寄生真菌的全基因组信息,并与其他已完成测序的圆盘菌目捕食线虫真菌和肉座菌目的昆虫病原真菌进行比较。基因组系统进化分析表明,线虫内寄生真菌被毛孢约于4千万年前从昆虫病原菌进化而来,蛋白酶的进化关系以及糖苷水解酶的收缩进一步支持了它们从昆虫病原菌起源,而非腐生真菌。线虫内寄生真菌的蛋白酶编码基因起源于昆虫病原菌并发生收缩,可能与昆虫病原菌的蛋白酶有相似的作用方式但丢失了特异降解昆虫体壁的能力。被毛孢基因组富含转座子重复序列,与其他真菌如冬虫夏草、外生菌根真菌和专性活体营养的植物病原菌一致,可能对被毛孢在自然界土壤中专性寄生线虫有重要作用。次级代谢编码基因在被毛孢基因组中显著扩张,系统进化分析表明它们来源于昆虫病原菌并发生了种系特异性扩张,可能参与真菌毒素的合成。转座子富含区域富集的基因功能与转座酶、次级代谢和锌指转录因子等有关,它们较其他基因受到RIP作用的频率更高,因此将具有更快的进化速率,从而帮助线虫内寄生真菌更好的适应环境及其寄主。同时对明尼苏达被毛孢侵染秀丽隐杆线虫的不同阶段进行比较转录组分析,凝集素基因在初始侵染阶段显著上调表达以及凝集素抑制实验表明凝集素与真菌识别线虫密切相关。蛋白酶尤其是分泌型的丝氨酸蛋白酶在孢子粘附后显著上调,表明真菌分泌大量的蛋白酶用以降解蛋白质丰富的线虫体壁。被毛孢显著扩张的次级代谢产物基因簇的基因亦在孢子粘附期和同化菌丝生长期分别上调表达,暗示了它们可能在信号转导以及体内解毒方面发挥重要作用。明尼苏达被毛孢能通过多种不同的信号通路如MAPK和cAMP-PKA途径分别响应细胞壁扰动信号、胁迫信号和营养物质信号,从而启动下游关键基因,完成细胞壁重塑、胁迫响应和真菌菌丝生长等生物学过程,从而完成在寄主线虫上的生活史。  传统杀线虫化学农药大量使用已经对环境和人类健康造成了不良影响,而真菌产生的次级代谢产物以其天然、安全、低毒的优点最有可能发展成为新型、有效、安全的杀线虫剂。但是面对数量庞大的次级代谢产物,目前还缺乏可靠、准确、快速的高通量筛选方法。本研究构建了一种基于秀丽隐杆线虫胚胎细胞MTS检测和二龄幼虫毒性测试的高通量筛选方法。通过三种传统杀线剂的测试,细胞毒性与幼虫毒性之间存在良好的线性关系(阿维菌素:0.78;噻唑磷:0.95;福尔马林:0.65)。对60个真菌次级代谢产物进行测定,细胞毒性分别与秀丽隐杆线虫二龄幼虫毒性、大豆孢囊线虫二龄幼虫毒性以及松材线虫毒性之间均存在良好的线性关系,说明胚胎细胞毒性筛选可以用于杀线虫化合物的初步筛选。6个对胚胎细胞和秀丽隐杆线虫幼虫均有较高毒性的代谢物的LC50范围在6.8至500μg/ml之间。因此,利用MTS检测法对秀丽隐杆线虫胚胎细胞进行细胞毒性初步筛选,再对秀丽隐杆线虫二龄幼虫的体外活性测试,是一种筛选具有杀线虫活性的天然产物的高通量方法。
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