香菇种质群体木霉菌抗性评价及LeTLP1介导的抗深绿木霉分子机制研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bkguo2008
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香菇(Lentinula edodus)在我国食用菌产业中具有重要地位,是年产量最高的人工栽培食用菌。香菇料袋或菌棒感染木霉菌(Trichoderma spp.)是导致香菇大幅度减产、产业效益下降的主要因素之一。木霉菌不仅可污染已灭菌的培养料,与香菇菌丝竞争营养和生长空间,还能在香菇菌丝培养、转色和出菇等阶段感染菌丝体而引起菌袋污染或菌棒腐烂。尤其是香菇菌棒受到高温伤害后生长衰弱,更易受到木霉菌感染,且木霉菌会迅速传播,常给香菇生产造成巨大的经济损失。开展香菇群体抗木霉能力评价,揭示香菇对木霉菌抗性的分子机制,对开展香菇抗木霉菌品种选育,减少木霉菌对香菇生产造成的经济损失,具有重要的科学意义和实践价值。本研究评价了香菇种质群体对哈茨木霉(T.harzianum)和深绿木霉(T.atroviride)的抗性,建立了香菇抗深绿木霉的抗性鉴定模型,挖掘了香菇与深绿木霉抗性差异相关的关键基因LeTLP1,建立了香菇LeTLP1基因过表达和RNAi基因沉默的遗传转化体系,验证了LeTLP1基因的功能,并在蛋白水平上进行了生物信息学分析和抗性基因功能研究。主要研究结果如下:1.建立了香菇种质群体的深绿木霉抗性鉴定模型,筛选出对深绿木霉抗性存在显著差异的高抗菌株Y3334和高感菌株Y55。采用平板对峙培养方法,研究了香菇核心种质56个菌株对深绿木霉抗性的分化,以两者菌丝相互接触后深绿木霉对香菇菌丝的侵染率(Infection rate after contact,IRAC)为核心指标,建立了香菇菌株抗性鉴定方法。开展了香菇及深绿木霉菌丝平皿对扣培养、菌丝水溶性物质及挥发性物质相互影响和葡萄糖不同添加量对抗性影响等试验,在生理生化水平研究了香菇高抗菌株Y3334和高感菌株Y55对深绿木霉抗性差异的机理,研究结果证实高抗菌株Y3334和高感菌株Y55存在显著的抗性差异。平板对峙结果表明,哈茨木霉对香菇供试菌株的侵染能力极强,且对香菇菌丝有明显的缠绕和重寄生现象。所有菌株均不能有效阻止哈茨木霉侵染,供试菌株对哈茨木霉的抗性可分为弱抗型和高感型。2.采用转录组分析挖掘到香菇与深绿木霉抗性显著相关的关键基因LeTLP1。以香菇高抗菌株Y3334和高感菌株Y55为研究材料,采用比较转录组学分析,对它们与深绿木霉互作对峙培养24h的样品进行了转录水平分析。结果表明,Y3334比Y55富集到了特异性更多的GO term和KEGG pathway。依据同源比对预测了香菇差异表达的病程相关基因,其中类甜蛋白(thaumatin-like proteins,TLP)基因LE01Gene05009(LeTLP1)表达在Y3334中上调32倍,而Y55中没有显著上调。选择10个差异表达的病程相关基因,通过q RT-PCR验证了转录组数据的准确性。q RT-PCR分析表明,Y3334的LeTLP1表达水平明显受到深绿木霉菌丝诱导的影响,且表达量随着时间变化呈现显著上升的趋势。3.验证了LeTLP1基因正调控香菇菌丝对深绿木霉的抗性。对高抗菌株Y3334的LeTLP1基因进行了RNAi沉默表达,q RT-PCR分析表明沉默转化子LeTLP1-Ri-3和LeTLP1-Ri-8的LeTLP1基因表达量分别下调至野生型菌株Y3334的65%及57%,深绿木霉对这两个沉默转化子的侵染率分别提升了70%和50%。在高感菌株Y55中对LeTLP1基因进行了过表达,q RT-PCR分析表明过表达转化子LeTLP1-OE-3和LeTLP1-OE-10中LeTLP1基因的表达量分别上调了约5倍和7倍,深绿木霉对它们的侵染率分别降至40%和10%。上述结果表明,类甜蛋白基因LeTLP1是香菇抵御深绿木霉侵染的1个关键的抗性基因。4.采用原核表达方法验证了LeTLP1蛋白的抗真菌活性,明确了氨基酸变异是影响香菇类甜蛋白活性的关键。对高抗菌株Y3334和高感菌株Y55中LeTLP1蛋白(Y3334-S-TLP和Y55-W-TLP)的分子结构和理化性质进行了系统分析,发现两个LeTLP1蛋白均由255个氨基酸组成,仅2个氨基酸残基存在差异,信号肽结构和跨膜结构等诸多指标都非常接近,但磷酸化位点表现出明显差异。以截断信号肽结构LeTLP1蛋白TLPX为模板,构建了p ET32a-S-Le TLPX和p ET32a-W-Le TLPX表达载体及大肠杆菌工程菌,并成功诱导表达了重组LeTLP1蛋白(Trx A-S-TLPX-His和Trx A-W-TLPX-His)。将两种重组蛋白纯化后,采用SDS-PAGE和LC-MS分析验证了诱导蛋白序列的准确性。采用滤纸片法对深绿木霉进行了抑菌实验,含有重组LeTLP1蛋白的滤纸片能明显抑制深绿木霉菌丝生长,高抗菌株Y3334重组LeTLP1蛋白较高感菌株Y55更能有效地抑制深绿木霉菌丝生长,表明LeTLP1具有显著的抗真菌活性。LeTLP1蛋白具有显著的抗真菌活性,且第245位氨基酸K-Q突变可以影响其活性,但并不是引起香菇菌丝深绿木霉抗性的唯一因素,抗性强弱更大程度上是与所受诱导表达幅度相关。本研究建立了香菇群体对深绿木霉的抗性鉴定模型,挖掘了深绿木霉抗性显著相关的类甜蛋白基因LeTLP1,验证了原核表达LeTLP1蛋白的抗真菌活性。这些结果为进一步研究香菇对木霉菌属的抗性分子机制奠定了重要基础,对香菇抗病育种具有较大的实用价值。
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