球孢白僵菌细胞表面蛋白基因Bbcsp1(BBA09174)的功能研究与分析

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球孢白僵菌(Beauveria bassiana)是一类广泛分布于自然界的重要昆虫病原真菌,其宿主范围十分广泛,它不仅能引起野外昆虫的感染及疾病流行,其中一些菌株还是家蚕的重要病原菌。家蚕的体壁表皮是阻碍病原真菌侵染的第一道天然屏障,对免疫防御病原菌的入侵具有重要作用,在球孢白僵菌粘附在家蚕体壁和穿透表皮的过程中,蚕体会发生一系列的生理、病理及免疫反应,球孢白僵菌侵染相关基因也会对此作出相应的特异性应答。因此,寻找和鉴定球孢白僵菌此过程涉及的相关基因及其功能不仅对进一步揭示球孢白僵菌的致病机制具有重要意义,同时也能为寻找新的防治家蚕白僵病的策略奠定基础。家蚕球孢白僵菌菌株(GXsk1011)是本实验室从家蚕中分离鉴定出的一株高毒力菌株,在本实验室前期研究中发现,该菌株在应答3种不同昆虫表皮的过程中,一个被转录组学分析注释为球孢白僵菌细胞表面蛋白的基因Bbcsp1(BBA_09174)于应答棉铃虫和豆青虫表皮相比,在对家蚕表皮的应答时均表现为显著上调表达。该类蛋白与研究报道较多的球孢白僵菌细胞壁蛋白有所区别,其结构和功能都鲜有报道。本研究以该蛋白基因为试验对象,进行了基因的克隆及生物信息学分析,并采用基因敲除和超量表达的基因工程手段构建了该基因的突变菌株,通过与野生株的生物学表型差异进行比较,探究了球孢白僵菌细胞表面蛋白基因Bbcsp1可能的生物学功能。主要研究结果如下:1.以球孢白僵菌(GXsk1011)基因组DNA为模板,通过PCR克隆得到Bbcsp1基因片段,生物信息学分析结果显示:Bbcsp1基因的ORF全长1053 bp,编码311个氨基酸,其中富含甘氨酸和丙氨酸,该基因序列无明显的信号肽、无跨膜结构域,也无糖基化位点,为一种亲水性蛋白。三级结构预测该蛋白含有功能未知的保守结构域DUF3129,但该结构域蛋白在数据库中显示其具体性质和功能未被明确鉴定。2.构建目标基因敲除和超量表达载体,利用农杆菌介导的方法分别转化进球孢白僵菌中,通过同源重组置换及经PCR和RT-PCR检验筛选,分别成功获得基因的敲除突变株(ΔBbcsp1)和超量表达突变株(OE-Bbcsp1)。3.Bbcsp1敲除后,球孢白僵菌的生长发育受到影响,产孢结构形成延迟,气生菌丝稀薄;分生孢子萌发率降低;对高渗胁迫耐受力下降;分生孢子和菌丝对湿热的抗热能力有所下降;在毒力实验中,106 conidia/mL的分生孢子涂布接种于家蚕表皮,野生型菌株(WT)半致死时间LT50=108.39±8.19小时,基因敲除株(ΔBbcsp1)LT50=154.38±5.92小时,即与WT相比,ΔBbcsp1显著延长了对家蚕的半致死时间,但当接种方式为直接注射进家蚕血腔时,基因敲除菌株与野生菌株的半致死时间无明显差异,LT50分别为54.12±0.77小时和55.36±2.50小时。4.超量表达Bbcsp1的菌株(OE-Bbcsp1),气生菌丝和产孢结构发育更为丰富,分生孢子的萌发率和耐热能力有所增强但不显著,菌丝的耐热能力有呈下降趋势但下降幅度小于基因敲除株(ΔBbcsp1)。在毒力实验中,与野生株(WT)相比,超量表达株对家蚕的半致死时间明显缩短,LT50=85.74±1.10小时,但当将分生孢子体壁自然侵染的接种方式改为直接注射进入血腔时,超量表达菌株和野生株未显现毒力差异,LT50分别为52.94±1.18小时和55.36±2.50小时。5.综合试验结果分析,细胞表面蛋白基因Bbcsp1涉及到了对分生孢子的萌发、渗透性及耐热性的影响。Bbcsp1超量表达对分生孢子的萌发率无明显提高作用,表明该基因上调表达不能通过提高孢子的发芽率来增强毒力;感染试验中体壁注射突变株和野生株未表现出毒力的差异,然而当分生孢子对体壁表面自然染病时,不论是敲除突变株ΔBbcsp1还是超量表达突变株OE-Bbcsp1均与野生株毒力差异明显,表明球孢白僵菌Bbcsp1基因的作用发生在分生孢子与宿主表皮的互作过程中。由于该蛋白是一种非酶蛋白,不能通过参与降解表皮增强毒力,结合本实验室前期发现Bbcsp1基因对不同宿主的早期应答特征即对家蚕表皮显著上调表达,推测球孢白僵菌(GXsk1011)的细胞表面蛋白Bbcsp1可能是一个具有一定宿主识别作用的黏着蛋白。
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