大丽轮枝菌附着枝分子特征和生物学功能及SUMO修饰对致病力的调控研究

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大丽轮枝菌引发的植物黄萎病是一种土传维管束病害,是危害棉花最重要的病害之一,严重制约我国和世界棉花的生产,造成巨大的经济损失。大丽轮枝菌通过侵染根进而定殖在宿主的维管束中,其在根表面萌发的菌丝会形成尖端膨大的附着枝穿透根表皮细胞壁,但大丽轮枝菌是如何调控这种侵染结构的发育以及附着枝侵染植物细胞的机制目前并不清楚。  本文主要通过NADPH氧化酶VdNoxB和tetraspanin VdPls1对致病性的作用及其调控的活性氧的产生,探究大丽轮枝附着枝的分子特征和生物学功能。通过敲除VdNoxB和VdPls1基因发现突变体基本丧失在棉花中的致病性。将GFP转入野生型大丽轮枝菌(V592)以及Vd△noxb和Vd△pls1敲除突变体中并观察其在棉花根中的侵染过程,结果发现Vd△noxb和Vd△pls1可以在根表面形成附着枝,但并不能穿透根表皮细胞壁,而V592的附着枝可以穿透细胞壁并侵入到棉花维管束中。通过玻璃纸在培养基中诱导附着枝的发育发现,V592的附着枝可以形成侵染钉并穿透玻璃纸,而突变体的附着枝则不能形成侵染钉。以上结果说明VdNoxB和VdPls1负责调控大丽轮枝菌附着枝侵染钉的形成。通过观察融合GFP的VdNoxB和VdPls1在真菌中的表达,发现二者主要存在于附着枝和分生孢子中,并定位在细胞的囊泡和内质网上,当附着枝形成侵染钉时,VdNoxB和VdPls1定位在侵染钉的细胞膜上。双分子荧光互补实验发现VdNoxB和VdPls1可以在体内互作。观察VdNoxB在Vd△pls1敲除突变体中的定位发现VdPls1是VdNoxB在侵染钉细胞膜上定位所必需的。进一步研究发现,V592侵染钉尖端细胞膜上有大量的活性氧产生,而Vd△noxb和Vd△pls1在附着枝细胞膜上均没有活性氧产生,说明VdPls1与VdNoxB在细胞膜上形成功能复合体调控VdNoxB在细胞膜上的活性氧产生;而且,VdNoxB产生的活性氧是附着枝内钙离子积累所必需的;在Vd△noxb和Vd△pls1中受钙离子调控的转录因子VdCrz1及其靶标基因的转录都显著下调;VdCrz1敲除突变体侵染钉的形成明显推迟,在棉花中的致病力也显著下降。以上结果说明VdPls1是VdNoxB在附着枝细胞膜上定位并产生活性氧所必需的,VdNoxB产生的活性氧通过增加胞内钙离子的积累激活了VdCrz1钙离子信号途径,从而调控了侵染钉的发育。SUMO修饰是一种重要的翻译后修饰形式,在真核生物中广泛存在,通过多种方式影响被修饰蛋白的功能,参与调控染色质组装,转录调控,DNA修复和信号转导等多种生命过程。然而在丝状真菌中SUMO修饰的具体机制还不清楚,且尚无SUMO修饰参与真菌致病性的研究。本研究发现大丽轮枝菌SUMO特异蛋白酶(VdUlpB)的T-DNA插入突变体致病力显著下降,并且对细胞壁胁迫和冷胁迫的抗性也明显降低。蛋白质组分析发现参与细胞壁胁迫的Hsp90和参与冷胁迫的enolase在突变体中表达发生了改变,并且VdUlpB调控了enolase的转录因子的功能,所以SUMO修饰可能通过影响细胞壁胁迫和冷胁迫的信号途径来调控大丽轮枝菌的致病性。
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