大豆疫霉(Phytophthora sojae)侵染大豆引起的大豆疫霉根腐病,使大豆在各生育期均可发病,在大豆出苗前侵染可引起种子腐烂或者死苗,出苗后侵染引起根腐或茎腐,造成幼苗萎蔫或死亡。一般苗期感病植株表现为出苗差、近地表茎部出现水浸状病斑、叶片变黄萎蔫,严重进植猝倒死亡。成株期植株受侵染后下部叶片变黄,随后上部叶片逐渐变黄并很快萎蔫；近地表茎部病斑褐色,并可向上扩展,茎皮层及髓变褐；根腐烂,根系发育不良；未死亡病株的结荚数明显减少,空荚、瘪荚较多,籽粒皱缩。由于在潮湿条件下,根部侵染的病菌可以产生大量游动孢子,孢子随雨水飞溅,危害茎部和叶片,甚至出现病荚,其症状为绿色豆荚基部出现水浸状斑,病斑逐渐变褐并从荚柄蔓延至荚尖,最后整个豆荚呈黄褐色干枯,种子失水干瘪。大豆疫霉根腐病对寄主植物大豆产生的影响是不可忽视的,该病害在所有大豆生产国几乎都有发生,我国在1986年将其列为A1类进境植物检疫对象。在亚洲、非洲、欧洲、南北美洲和大洋洲的二十多个国家的大豆主产区,大豆疫霉根腐病都造成了严重的损失,据统计每年损失超过10亿美元。因此,对大豆生产及大豆疫霉病害防治的研究非常关键,与此同时,对大豆疫霉侵染大豆的致病机理的研究也理所当然地成为当今研究的热点。近年来随着分子生物信息学平台的建立和发展,大豆疫霉侵染大豆的致病机理也在逐渐清楚。过去几年的研究发现,大豆疫霉在侵染寄主的过程中需要调节生物体内的各种蛋白在细胞内外的运输和分配,这在病原菌的致病过程中起关键作用。本文综合利用生物信息学对大豆疫霉中调控细胞内囊泡形成和运输的小G蛋白家族的Rab亚家族成员PsVPS21的功能进行了系统的分析,以期解释PsVPS21在大豆疫霉的致病过程中所起的作用。大豆疫霉Rab GTPase族蛋白的生物信息学预测及转录分析。Rab家族蛋白是小G蛋白家族中成员数量最多的亚家族,研究发现主要定位在特定的细胞内膜上,主要功能是作为分子开关与其上游的调节子蛋白和下游的效应子蛋白相互作用共同调控细胞内囊泡的形成以及在细胞器之间囊泡的运输,生物体内细胞内外各种蛋白的运输和分配也受到Rab蛋白的调控。研究发现Rab蛋白在真核生物中功能保守,主要参与细胞极性、细胞运动、细胞形状、细胞中内质网与高尔基体互作等多个信号转导途径,在真菌的生长发育和致病过程中起到关键作用。本文通过生物信息学方法,对Phytophthora sojae, Phytophthora ramorum, Phytophthora infestans, Peronosporaparasitica, Pythium ultimum5种卵菌中VPS21的候选基因之间进行同源性比较,并在蛋白预测网站对蛋白结构的保守功能域进行分析。分析结果显示,PsVPS21蛋白具有保守的GTPase结构域,说明该蛋白在进化过程中非常的保守,通过分析大豆疫霉Solax数据库中该基因的信息,发现PsVPS21在菌丝阶段、孢子囊阶段、侵染1.5h,3h,6h,12h,以及24h各阶段均稳定表达,这就意味意味着该基因在侵染寄主的过程中起着重要的作用,这位后续基因功能作用的研究提供了基础。大豆疫霉PsVPS21参与调控大豆疫霉生长发育、有性生殖以及致病性。VPS21是Rab5家族的一个成员,是一种单体形式的GTP结合蛋白,能够结合GTP并将GTP水解,而且在已测序的卵菌中是高度保守的。我们利用PEG-CaC12介导的大豆疫霉遗传转化沉默PsVPS21并得到三个沉默转化子。表型分析结果表明：PsVPS21沉默转化子的生长速率显著降低,休止孢萌发形态异常,休止孢萌发10小时后,产生多分支、顶端和分支处膨大等异常现象,表明休止孢萌发形成菌丝的极性生长受到了影响,通过CFW和刚果红染色菌丝的显微观察发现休止孢萌发形成的菌丝细胞壁成分的分布明显发生改变。转化子接种大豆感病品种合丰47后,分不同时间撕取寄主表皮进行显微观察发现,转化子的休止孢能够正常的穿透寄主表皮,但是侵染菌丝不能在寄主细胞内进一步扩展。此外,我们对VPS21的转化子的卵孢子产量进行了统计分析,发现三个沉默转化子的卵孢子产量显著下降。发现转化子胞外蛋白的分泌显著性减少,对内质网的压力也更加敏感。以上结果表明,PsVPS21的沉默影响了大豆疫霉侵染寄主的能力、影响菌丝的生长速率、休止孢的萌发形态、细胞壁的成分以及菌丝在寄主体内的扩展,还影响了病原菌的有性生殖、胞外蛋白的分泌以及对内质网压力的敏感性等。