胡萝卜软腐果胶杆菌致病关键基因eda的功能研究

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胡萝卜软腐果胶杆菌(Pectobacterium carotovorum subsp.carotovorum,Pcc)是重要的植物病原菌。Pcc的主要致病因子为果胶酶,蛋白酶,纤维素酶等细胞壁降解酶,其中果胶酶尤为重要。在世界范围内,该病原菌可以侵染多种植物,造成严重经济损失,深入其致病机制研究,有助于制定有效防控对策。本实验室前期研究发现当Pcc与黄花马蹄莲(Zanteschia elliotiana)活体互作时 6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate l-dehydrogenase,Zwf,PC11832)会上调表达。与野生型菌株PccSl相比,zwf基因插入(同源单交换)突变体的致病力显著降低,而zwf基因缺失(同源双交换)突变体的致病力与野生型一致,其下游基因eda缺失突变体致病力显著降低,果胶酶外泌降低,果胶酶基因转录水平下调,同时不能利用二碳作为唯一碳源。eda基因(PC11833)编码蛋白Eda(2-酮-3-脱氧-6-磷葡萄糖酸醛缩酶2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate aldolase)。在细菌中,Eda 是胞内果胶降解途径以及ED(Entner-Doudoroff)碳代谢途径的关键酶之一。本研究主要为了探究zwf与eda的关系以及eda与Pcc致病力的相关性。通过实验发现,PccS1的zwf单交换突变体中eda的表达量明显下调,同时eda回补zwf单交换突变体致病力可以恢复,表明zwf单交换突变体的致病力下降是由于载体插入影响了 e而基因的表达。2-酮-3-脱氧葡萄糖酸激酶(2-dehydro-3-deoxygluconokinase,KdgK,PC10086)与 Eda 均为胞内果胶代谢的关键酶,代谢途径中KdgK在Eda上游,然而对基因kdgK缺失突变后对致病性并没有明显影响,说明△eda致病性的降低与果胶代谢途径无关。乙醛酸循环是利用乙酸为唯一碳源所必须的途径,其中包括三个关键酶,异柠檬酸脱氢酶激酶(Isocitrate dehydrogenase kinase,AceK,PC 13777),异柠檬酸裂解酶(isocitrate lyase,AceA,PC13778),苹果酸合酶A(malatesynthaseA,AceB,PC13779),其中aceA和aceB直接参与乙醛酸循。aceK,aceA和aceB的缺失突变体均不能利用乙酸钠为唯一碳源,eda突变体的乙醛酸途径的三个关键酶表达量均明显下调,表明突变体△eda是通过影响乙醛酸循环的关键酶的表达而影响对二碳的利用。然而致病性方面aceA和aceB均不影响致病性,只有aceK影响,说明△eda是通过影响aceK的表达来影响致病性。通过比较PccS 1与近缘种菌胡萝卜软腐果胶杆菌黑胫亚种(Pectobcterium atrosepticum,Pba)全基因组,发现PccS 1中缺乏ED途径中另一个关键酶Edd。将Pba的eda基因互补到△eda中发现可以恢复其致病性,说明二者的具有较高的同源性。同时将Pba的edd基因克隆到PccS1中,可以实现ED代谢途径功能的恢复,而对其致病性没有影响,说明ED途径在软腐果胶杆菌中参与了碳代谢而与致病性没有直接关联。通过Co-IP筛选eda的互作蛋白、酵母双杂验证表明,Eda可以自身发生互作,说明Eda可能通过形成聚合体发挥其功能。此外,致病力测定结果表明:PccS1的eda缺失,在有氧条件下致病力丧失,而无氧条件下对不影响PccS1的致病力,其机制有待进一步研究。综上所述,Pcc中eda与zwf共转录,zwf的插入突变体通过影响了 eda的表达从而影响致病性。而eda则通过影响乙醛酸循环的关键酶影响对二碳的利用,并且通过影响aceK的表达影响了致病性。eda的突变体在无氧条件下可以正常发病,同时Eda蛋白自身可以互作形成聚合体。另外,我们证明ED途径和致病性并没有直接的关系,而eda本身与致病相关。
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