玉米大斑病菌StKU80基因的克隆及功能分析

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flyindirty2008
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本课题组前期利用基因敲除技术获得了10余个玉米大斑病菌基因敲除突变体,并明确了其功能。但研究过程中发现,玉米大斑病菌靶基因敲除效率极低,这已成为制约病菌基因功能研究的瓶颈。文献报道,非同源末端连接(NHEJ)是造成靶基因敲除效率较低的主要原因,敲除NHEJ密切相关的基因可以显著提高靶基因敲除的效率。基于此,本研究拟在克隆玉米大斑病菌中与NHEJ密切相关的基因StKU80(DNA末端结合蛋白)的基础上,利用基因敲除技术获得该基因的敲除突变体,并通过分析突变体与野生型菌株表型及致病方面等的差异,明确该基因的功能,最终分析该基因敲除突变体是否可作为靶基因敲除受体。主要研究结果如下:  (1)克隆得到了玉米大斑病菌StKU80基因,该基因的DNA全长为2439bp,cDNA为2199bp,包含5个外显子和4个内含子;对该基因编码蛋白质分析发现,StKU80p包含KU70p/KU80p蛋白所特有的保守结构域(vWa、Ku78和Ku-PK-bind)。  (2)获得了StKU80基因敲除突变体。以pBS载体为基本骨架、草胺磷抗性基因(BAR)作为筛选标记,成功构建了StKU80基因敲除载体;利用PEG4000介导原生质体转化方法转化玉米大斑病菌野生型菌株01-23,通过草胺磷抗性筛选及抗性引物PCR、特异引物PCR、RT-PCR、Southern blotting验证,最终获得2株StKU80基因敲除突变体,分别命名为△StKU80-1、△StKU80-2。  (3)与野生型菌株相比,突变体△StKU80-1、△StKU80-2的菌落颜色形态均发生明显变化,菌丝形态与细胞壁也均出现显著差异。突变体菌落正面呈浅灰色,背面灰褐色,气生菌丝细长、平伏、稀疏,菌落边缘不规则,但菌落生长速率与野生型无明显差异;光镜观察发现,突变体菌丝细胞较野生型变长,但菌丝细胞直径没有明显差异;透射电镜观察发现,突变体菌丝细胞壁变薄,细胞表面的分泌物减少,细胞内线粒体的数量增多;突变体不产生分生孢子。表明StKU80基因参与了病菌菌丝及分生孢子的发育。  (4)菌丝穿透试验结果发现,野生型菌丝可穿透玻璃纸,而突变体△StKU80-1、△StKU80-2的菌丝均不能穿透玻璃纸;在60h时,突变体△StKU80-1、△StKU80-2菌丝仍不能形成成熟的附着胞,而野生型在24h时即可观察到成熟的附着胞;毒素活性分析发现,突变体的HT-粗毒素活性与野生型的相比没有明显变化。结果表明StKU80参与调控病菌的附着胞发育,但对HT-毒素毒力没有影响。  (5)本研究发现,突变体△StKU80-1、△StKU80-2对氧胁迫高度敏感,但对紫外辐射反应不敏感。表明StKU80正调控病菌的氧胁迫反应,而不参与对紫外辐射的反应。  基于上述研究结果,本研究发现玉米大斑病菌StKU80基因参与调控病菌菌丝、分生孢子、附着胞的发育,该基因也参与病菌的氧胁迫反应;但由于该突变体与野生型菌株在生长发育方面具有显著差异,因此不能作为靶基因敲除受体用于基因功能的研究。
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