稻瘟病菌DExD/H-box基因家族序列分析及功能初探

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DExD/H-box家族是一类RNA解旋酶超家族,存在于所有真核生物中。病原真菌中DExD/H-box蛋白研究较少,其中被证实在致病过程中起作用的仅有1例,为人类病原真菌新型隐球菌(Cryptococcus neoformans)中的Vad1。而植物病原真菌中,尚未见有关DExD/H-box蛋白的报道。稻瘟病菌是植物病原真菌的模式物种,探索DExD/H-box家族基因在稻瘟病菌致病过程中的作用对植物病原真菌致病机理的研究意义重大。本文通过稻瘟病菌基因组检索,获得51个DExD/H-box家族基因并进行了生物信息学分析;在此基础上,对其中MoDHX35、 MoDHH1两个基因进行了功能分析,从而探索该家族基因与稻瘟病菌致病性的相互关系。利用同源检索在稻瘟病菌基因组中发现51个DExD/H-box家族基因。对这些基因的序列连配及同源分析表明该家族基因较为保守,进化差异较小,可能由同一祖先进化而来。基因结构分析表明该家族基因大多含有1-2个内含子,多为0型及2型内含子,易于转录翻译。连配及MEME分析发现多数序列都含有8-9个保守基序,这些基序可能通过折叠与组装形成解旋酶的核心区域。利用Real-Time PCR在稻瘟病菌不同发育阶段检测这些基因的表达变化,筛选获得了在不同阶段特异表达的基因,为稻瘟病菌中该家族的后续研究提供了重要信息。MoDHX35是人类基因DHX35在稻瘟病菌中的同源基因,具有DEAH-box亚家族蛋白的8个保守基序。通过同源置换获得了该基因敲除突变体,并进行互补。表型分析结果标明,突变体在含有阿霉素的CM培养基上生长速率减慢,互补可以恢复这种缺陷,说明MoDHX35基因的敲除可能影响了RNA代谢过程。与野生型相比,MoDHX35突变体对寄主的致病性下降。侵染过程观察发现,突变体附着胞的形成能力显著降低,推断这是突变体致病能力下降的主要原因。Vad1影响新型隐球菌致病能力,在酿酒酵母中,其同源基因为DHHl,属于DExD/H-box家族。我们对其在稻瘟病菌中的同源基因MoDHH1进行了研究。MoDHH1基因能够互补酵母ΔDHH1突变体对阿霉素和MMS的抗性,表明了MoDHH1与酵母DHH1的功能同源性。Real-Time PCR表明MoDHH1在孢子萌发过程中的表达呈先上升后下降的趋势,诱导10h12h出现表达量高峰,与稻瘟病菌附着胞形成及侵染的关键时期相一致。通过同源替换获得了7个单臂插入的转化子。通过基因表达量变化结合药物抗性筛选获得到对阿霉素抗性降低、基因表达量降低的转化子MoDHH1-32、MoDHH1-59。表型分析发现,MoDHH1-32、 MoDHH1-59产孢能力降低、萌发减慢、附着胞形成减慢或形成率降低、致病能力有所下降,其中MoDHH1-32变化尤为明显;另外,RNA代谢阻抑药物抗性检测及温度敏感检测发现二者对阿霉素抗性减弱、对33℃高温敏感,对放线菌酮、细胞分裂抑制剂、多菌灵、卡式白的抗性略有减弱。酵母中RNA代谢缺陷可引起类似表型。因此推测这两个转化子可能是由于MoDHH1基因功能受影响而导致RNA代谢缺陷,从而产生了一系列上述的缺陷。研究表明,稻瘟病菌中存在大量的DExD/H-box蛋白,这些蛋白在稻瘟病菌不同发育阶段表达。MoDHX35与MoDHH1的功能分析表明,该家族基因确实与稻瘟病菌的致病过程相关。推测DExD/H-box基因可能通过影响RNA代谢过程而影响到下游的一些重要通路或者重要基因的表达或翻译过程,从而最终影响稻瘟病菌的致病能力,其作用的具体机制将进一步研究。
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