基于稻瘟病菌内体分拣转运复合体的潜在药物靶标筛选

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:PhilippsWang
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稻瘟病是世界性水稻病害,全球每年由于稻瘟病的发生所引起的水稻减产可达11%-30%,稻瘟病的发生分布范围广、危害性大,而目前生产上并没有十分有效的方法来防治稻瘟病。引起稻瘟病的稻瘟病菌,它具有典型的病害侵染循环。内体分拣转运复合体(endosomal sorting complex required for transport,ESCRT)是一种能够识别并分拣泛素化蛋白质货物的蛋白复合体,由四个亚复合体(ESCRT-0、ESCRT-Ⅰ、ESCRT-Ⅱ、ESCRT-Ⅲ)和一些辅助成分(Vps4、Vps60、Ist1、Vta1等)构成。ESCRT在蛋白质的溶酶体降解途径中发挥着识别与分拣的功能,而质膜上激活的受体分子、错误折叠的蛋白质、生长因子等蛋白质的降解对于维持稻瘟病菌细胞内蛋白质水平、正常的新陈代谢和生长发育尤为重要。研究表明,ESCRT不但参与细胞自噬、核膜重塑、膜变形过程,还能调控信号转导;还与肿瘤、神经退行性疾病等人类重大疾病的发生有关。随着分子生物学的快速发展,特别是基因组学、蛋白质组学和生物信息学的快速发展,药物靶标的筛选已成为研发新型药物的关键手段,作为药物靶标的蛋白质一定要与病害有关,并且能以一定的亲和力和化学特性与小分子物质结合。  本实验主要通过基因敲除、基因筛选、基因组学、生物信患学、酵母双杂交和过表达等技术手段,从稻瘟病菌ERCRT家族中筛选并验证潜在的药物靶标,从而为以后稻瘟病的综合防治奠定基础。首先我们对稻瘟病菌ESCRT家族15个基因进行了初步的生物学功能分析(这些基因为MoVps7、MoHse1、MoVps23、MoVps28、MoVps22、MoVps25、MoVps36、MoVps20、MoVps32、MoVps24、MoVps2、MoCHMP7、MoVta1、MoVps4、MoVps60),包括:在稻瘟病菌生长发育阶段的表达量分析、基因定位和ESCRT家族成员间的互作分析。通过qPCR分析表明:饥饿诱导后的稻瘟病菌菌丝中表达量较高的ESCRT基因有MoVps27、MoVps32、MoVta1和MoVps60,在稻瘟病菌产孢过程中表达量很低的ESCRT基因有MoVps27、MoVps23、MoVps28、MoVps22、MoVps20、MoVps32、MoVps24、MoVps2和MoCHMP7,而在稻瘟病菌附着胞形成过程中表达量很高的ESCRT基因有MoHse1、MoVps22、MoVps25、MoVps36、MoVps20、MoVps24、MoVps4和MoVps60,在稻瘟病菌致病过程中表达量很高的基因有MoVps27、MoVps23、MoVps28、MoVps36、MoVps2和MoCHMP7;通过共聚焦观察,GFP-MoVta1与mCherry-MoAtg8共定位;酵母双杂交试验表明稻瘟病菌ESCRT-Ⅲ中MoVps20与MoVps32可发生互作。  进而,我们构建了ESCRT家族的15个基因的敲除载体,通过农杆菌介导的转化,对这些基因进行敲除,最终获得了三个基因缺失突变体,分别为ΔMoVps7、ΔMoCHMP7和ΔMoVta1,并对这三个基因进行了回补,分别获得回补菌株MoVps27C、MoCHMP7C和MoVta1C。通过这三个基因缺失突变体的表型分析,我们发现:  ΔMoVps27的生长速率较野生型Guy11明显下降,下降率达29%,且菌落颜色偏褐黄色,气生菌丝十分稀薄;而ΔMoCHMP7的生长速率较野生型Kj201下降至少15%,且其菌丝变稀薄;ΔMoVta1生长速率也明显下降,菌落颜色呈明显的褐黄色,气生菌丝较ΔMoVps7更为稀薄;ΔMoVps27、ΔMoCHMP7和ΔMoVta1的气生菌丝几乎不产生分生孢子,且菌丝上分化出来的分生孢子梗更少,表明ESCRT基因MoVps7、MoCHMP7和MoVta1参与稻瘟病菌的生长发育及无性生殖过程;MoVps27和MoCHMP7还参与稻瘟病菌对外界压力的胁迫反应;交配试验表明MoVps27和MoVta1两个基因的分别敲除对于稻瘟病菌的有性生殖过程不是必需的;大麦叶片接种试验显示ΔMoVps7、ΔMoCHMP7和ΔMoVta1的致病性完全丧失,表明这三个基因参与稻瘟病菌的致病过程,可将Vps27、CHMP7和Vta1作为防治稻瘟病潜在的药物靶标。通过对ESCRT-0中MoVps7基因的过表达分析,进一步证明该基因对稻瘟病菌的生长、无性生殖和致病性方面发挥着十分重要的作用。
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