活性氧对病原真菌致病性和酵母拮抗菌生活力的调控机制

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果实表面存在着大量微生物群,其中包括病原菌群以及生物拮抗菌群,这些微生物群与果实的采后品质密切相关。而活性氧在调节病原真菌致病力与酵母拮抗菌生活力中起着重要的作用。本研究以采后主要病原真菌Botrytis cinerea和几种常见的酵母拮抗菌为材料,运用生物化学、分子生物学、蛋白质组学以及细胞生物学等方法,系统的研究了B.cinerea中小G蛋白Rho3和水通道蛋白在调控其细胞内活性氧的代谢及致病力的功能,以及酵母拮抗菌对高温和氧化逆境的生理应答及生活力变化。本研究主要内容包括:  ⑴小G蛋白Rho3调控Bcinerea的活性氧代谢与致病力:利用同源重组方法构建了rho3基因的缺失突变株,结果表明突变株生长速率和产孢量都明显低于野生型菌株。显微观察发现突变株菌丝内细胞隔的数量减少、菌丝尖端膨大,菌丝极性生长受到抑制,说明Rho3参与调控菌丝的极性生长。在苹果和番茄果实,以及番茄叶片上接种突变株,其致病力明显降低。离体实验表明突变株的附着胞形成受到了抑制,说明Rho3参与调控附着胞的形成。通过荧光染色检测证明菌丝尖端细胞内的线粒体为胞内活性氧的主要来源,而突变株的活性氧代谢明显减弱,由此推测Rho3蛋白是通过调节线粒体在菌丝尖端的极性分布来调控菌丝的极性生长。  ⑵水通道蛋白调控Bcinerea的活性氧代谢及致病力:采用同源重组原理构建了八个水通道蛋白(Aquaporin)基因的缺失突变株,结果发现Aquaporin8缺失突变株的生长速率明显低于野生型菌株,菌落形态发生较大变化,并且完全失去产孢能力。此外,Aquaporin8缺失突变株对番茄叶片的致病力也丧失,突变株菌丝尖端不能形成附着胞;而且荧光染色检测证明突变株菌丝尖端线粒体与活性氧的极性分布受到破坏。通过双向SDS-PAGE法检测到Aquaporin8缺失突变株中,93个蛋白的丰度发生了变化。利用酿酒酵母细胞的异源表达,证明了Aquaporin8能够介导H2O2的跨膜运输。这些结果说明Aquaporin8是病原菌胞外生成的H2O2进入细胞的主要通道,它能够调控Bcinerea细胞内活性氧及相关下游蛋白的表达,从而影响B.cinerea的生长和致病力。  ⑶外源CaCl2提高酵母拮抗菌在高温逆境下的存活率:在培养基中添加外源CaCl2能够增强酵母拮抗菌Debaryomyces hansenii和Pichia membranaefaciens在高温逆境下的存活率。荧光染色检测到在高温逆境下,D.hansenii酵母细胞内有大量的活性氧积累。外源CaCl2处理能够提高D.hansenii细胞内的抗氧化酶活性,清除掉过量的活性氧,避免细胞内蛋白质发生羰基化损伤,从而提高其耐受高温逆境的能力。Pmembranaefaciens与D.hansenii对高温逆境的敏感性不同。  ⑷钙-钙调素信号途径参与调控脂筏蛋白表达及酵母菌胞内活性氧代谢:钙调素的抑制剂三氟拉嗪(trifluoperazine,TFP)处理能够提高H2O2逆境下Candidaguilliermondii的生活力。双向SDS-PAGE结果显示TFP处理C.guilliermondii细胞后,位于其质膜脂筏组分中的线粒体电子传递链蛋白、线粒体外膜通道蛋白的丰度发生明显下调。荧光染色观测到TFP处理能够显著降低H2O2逆境下C.guilliermondii细胞内活性氧的积累,避免细胞内蛋白质发生羰基化和凝集损伤,从而提高C.guilliermondii细胞在H2O2逆境下的生活力。以上研究结果对揭示活性氧对病原菌真菌致病力,以及外源物质拮抗菌生活力的调控机制提供了新证据。
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