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辣椒疫病是一种世界性土传病害,严重影响我国及世界各国的辣椒生产,造成巨大的经济损失。该病由辣椒疫霉菌(Phytophthora capsiciLeonian)引起。辣椒疫霉菌是一种土传卵菌,该菌可以在任何生长季节侵染寄主植物引起种苗死亡、茎腐、枯萎、果实腐烂;寄主范围广,可以侵染辣椒、西葫芦、黄瓜、茄子番茄等9科20多种作物。
目前,对于辣椒疫病的防治主要采用轮作、化学防治和培育抗病品种。但是农药残留容易对环境造成污染;辣椒疫霉生理小种的变化造成抗病品种效果不稳定。因此,寻找探索辣椒疫霉菌重要的致病因素来控制病害已经成为科学家研究的热点。研究表明,植物病原菌与寄主互作过程中分泌的果胶酶是重要的致病酶,这些酶包括多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲基酯酶、果胶裂解酶,它们产生于病原菌识别、定殖及与寄主建立寄生关系的过程中,降解或软化细胞壁的果胶、中胶层乃至破坏寄主的防御体系,增强病原菌对寄主的亲合力。因此,植物病原菌在侵染寄主过程中所分泌的细胞壁降解酶是一类重要的致病因子,其活性高低是界定植物病原菌侵染与否或致病力强弱的重要技术指标之一。
其中,果胶甲基酯酶(PME)是许多植物病原菌的致病因子,在植物发病过程中起重要作用。本研究以辣椒疫霉果胶甲基酯酶为研究对象,开展了一系列工作,主要研究内容如下:
1)根据已经克隆的pcpme2基因的序列,设计特异性引物,PCR扩增其成熟肽片段。构建成重组表达载体pPIC9K-pcpme2,转化至大肠杆菌JM109中,筛选得到阳性克隆。重组质粒线性化后转化毕赤酵母GS115感受态细胞,经过G418筛选和PCR扩增转化子基因组筛选,得到数株基因工程酵母菌。SDS-PAGE分析发现,目的蛋白分子量约为40KDa。
2)通过Ni-NTA树胶纯化系统并透析后获得了表达的PCPME2融合蛋白,发现其对提取的辣椒细胞壁具有降解活性,将纯化的PCPME2蛋白免疫家兔,制备特异性抗体。Western Blot分析结果表明,pcpme2基因在发病的辣椒组织中获得了充分的表达。根据前人报道的结果预测PCPME2的活性位点,并对其进行定点突变,将突变后的基因转化毕赤酵母,并诱导其表达,用Ni-NTA树胶纯化系统并通过透析获得了突变后的蛋白,突变前后蛋白的活性测定结果表明突变的氨基酸为该蛋白的活性位点。
3)我们通过荧光定量PCR(qRT-PCR)方法来研究果胶甲基酯酶pcpmel-9在强致病性菌株SDPH-33侵染的辣椒、番茄、黄瓜中的表达模式。发现辣椒疫霉果胶甲基酯酶这些成员表达模式各不相同,这主要取决于寄主植物的不同种类和病原侵染的不同时期。
本实验的结果表明pcpme2是编码辣椒疫霉果胶甲基酯酶基因家族中起致病作用的关键基因之一,且果胶甲基酯酶家族各成员之间在致病过程中所起的作用与寄主材料、侵染阶段的不同有关。