芸薹根肿菌效应蛋白的筛选及鉴定

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根肿菌(Plamodiophora brassicae Woron)是可以侵染十字花科植物根部组织并引发根肿病的一种病原菌。该病菌可以迅速侵染其感病品种,并给作物生产构成重大的损害。根肿菌侵染寄主后,释放出的效应蛋白可以调节植物免疫,最终帮助病原菌侵染寄主。根肿菌效应蛋白的筛选和鉴定可以揭示大白菜—根肿菌之间的互作机理,对大白菜抗病机制的阐释及培养白菜抗病品种至关重要。在以往根肿菌基因组的研究基础上,本试验通过不同的生物信息学软件初步预测9个根肿菌生理小种的分泌蛋白。并采用OrthoMCL分析这些分泌蛋白的基因家族,利用EffectorP 2.0预测候选效应蛋白以及选择具有典型motif的候选效应蛋白,共30个基因。将这些候选效应蛋白在本氏烟上利用农杆菌介导的瞬时表达技术进行初步鉴定,然后通过效应蛋白与BAX的共注射进一步了解这些效应蛋白是否会抑制BAX诱导的HR反应。最后通过qRT-PCR分析这30个效应蛋白的表达量。得到的主要结果如下:1)本研究对本实验室前期已鉴定的8个根肿菌生理小种(Pb1,Pb3,Pb4,Pb9,Pb10,Pb11,Pb14,ems)进行了基因组测序,分别使用HGAP对PacBio数据进行拼接和组装;另外,根肿菌e3(Pbe3)基因组序列是从NCBI数据库中下载的。通过SignalP4.1Server、TMHMM Server.2.0和TargetP1.1 Server预测9个根肿菌生理小种的分泌蛋白,结果表明,Pbe3初步预测有503个分泌蛋白,Pb1,Pb3,Pb4,Pb9,Pb10,Pb11,Pb14,ems分别有757,752,754,665,780,761,650,755个分泌蛋白。2)此外,对9个根肿菌生理小种所预测的分泌蛋白进行OrthoMCL分析,结果表明:9个根肿菌生理小种所共有的基因家族有228个;而Pb1,Pb4,Pb9,Pb10,Pb11,Pb14,ems以及Pbe3所特异的基因家族分别为23,7,51,18,4,17,26,114个,其中,Pb3并没有特异的基因家族。3)EffectorP 2.0是一个可以预测真菌候选效应蛋白的在线工具,虽然根肿菌是一类介于真菌与粘菌之间的低等生物群体,但是通过EffectorP 2.0预测芸苔属根肿菌效应蛋白也可以作为参考;因此,9个根肿菌生理小种所共有的228个基因家族通过EffectorP 2.0分析后有25个候选效应蛋白。除此之外,我们利用PFAM和MEME分析Pb4的结构域,最终选出具有RXLR,LXAR,CRN,KAZAL,Chitin,LRRs以及富含半胱氨酸的结构域的效应蛋白12个。在前人研究中,有26个根肿菌效应蛋白已被鉴定,以此为模板,经过NCBI Blast分析后发现,在37个候选效应蛋白中有4个蛋白能够完全比对上,另外,有3个基因未被克隆成功,所以有30个候选效应蛋白被选择用于以下研究。4)30个候选效应蛋白利用农杆菌介导的烟草瞬时表达技术最终筛选出可以直接诱发过敏性坏死反应(HR)或者抑制BAX引起的细胞死亡的效应蛋白。在本试验中,只筛选出Pb4108104效应蛋白能够诱发烟草叶片发生HR反应,其余29个效应蛋白均能够抑制BAX所触发的细胞坏死反应。此外,我们又利用3,3’-二氨基联苯胺(DAB)/氮蓝四唑(NBT)染色检测注射后叶片的H2O2和O2-的积累,进一步验证效应蛋白Pb4108104诱发的本氏烟叶片上的HR反应及其余29个效应蛋白抑制BAX引起的细胞坏死现象。5)我们从根肿菌休眠,萌发,成熟时期三个阶段的荧光实时定量PCR数据可看,发现30个效应蛋白中有1个基因(Pb4104106)在休眠时期表达量最高,3个基因(Pb4105970,Pb4106019,Pb4102521)在萌发时期表达量最高,其余的基因在成熟时期的表达量最高。
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