核盘菌弱毒菌株AH16所含真菌病毒及其生物学特性研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bianyuantuifei
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核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)可危害多种油料作物如油菜、大豆和向日葵等,引起菌核病。目前,开发有效控制核盘菌的措施仍然是值得探讨的研究课题。一些真菌病毒可以导致核盘菌致病力发生衰退,对菌核病具有生防潜力。  本研究从安徽省油菜产区发病油菜茎秆内菌核中分离得到一株核盘菌AH16。该菌株表现为菌丝生长缓慢、菌核产量少以及致病力低。深入研究发现AH6菌株携带有两种病毒,即核盘菌线粒体病毒4(Sclerotinia sclerotiorum mitovirus4,SsMV4/AH16)和核盘菌葡萄孢双节段dsRNA病毒2(Sclerotinia sclerotiorum botybirnavirus2,SsBRV2)。SsBRV2为未报道的新病毒。进一步发现,SsBRV2单独感染时可以导致寄主致病力减弱。从转录组水平分析比较了SsBRV2和SsBRV1对于核盘菌基因表达的影响。本研究,一方面获得了具有菌核病生物防治潜力的新真菌病毒;另一方面,为认识其导致核盘菌致病力衰退机制及研究葡萄孢双节段RNA病毒与寄主真菌互作奠定了基础。  核盘菌病毒SsMV4/AH16是一种+ssRNA病毒,其基因组全长2752nt(GenBank登录号为KT962974),G+C含量为31%。5啡翻译区(UTR)包含471nt,3-UTR包含85nt,含有一个大的开放性阅读框(472~2667nts),推定编码一个730个氨基酸的蛋白质,分子量为85.27kDa,包含有一个保守RdRp结构域。BLAST比对发现与SsMV4/NZ1在核苷酸序列上有93%的相似率,因此根据ICTV关于线粒体病毒种的界定,它们属于同一种线粒体病毒。  SsBRV2的病毒粒子球形,直径约40nm,其基因组由两条dsRNA片段(L1和L2)构成,其中L1-dsRNA为6159bp(GenBank登录号为KT962972),L2-dsRNA为5872bp(GenBank登录号为KT962973)。L1-dsRNA含一个ORF(ORF1,nt413-6019),5-UTR长为412bp,3-UTR长140bp;L2-dsRNA也含一个ORF(ORF2,nt412~5748),5-UTR长为411bp,3-UTR长124bp。ORF1推测编码的蛋白有1868个氨基酸,分子量大小是209kDa。将氨基酸序列用BLAST比对,发现含有一个保守的RdRp功能域(RdRp_4)。ORF2推测编码的蛋白有1778个氨基酸,BLAST比对后未发现存在保守的功能域。SsBRV2的ORF1推定的蛋白序列包含有一个保守的RdRp结构域,经过多重序列比对分析,发现SsBRV2的RdRp结构域含有dsRNA病毒广泛存在的8个保守motif。系统进化分析表明SsBRV2与核盘菌双节段RNA病毒1(SsBRV1)、大豆叶际双节段RNA病毒1(SlaBRV1)、灰葡萄孢双节段RNA病毒1(BpRV1)等葡萄孢双节段dsRNA病毒(Botyb irnavirus)4个病毒形成一个分枝,表明它们在系统发育上有紧密的亲缘关系。  通过PEG介导的方法将SsBRV2转染至Ep-1PNA367R菌株。发现与Ep-1PNA367R相比,携带病毒的Ep-1PNA367RVT在致病力、菌丝生长和菌落形态等方面存在显著的差异,致病力明显减弱,生长速度变慢,不产生菌核。因此SsBRV2是一新的核盘菌弱毒相关病毒。  SsBRV2与早前报道的真菌病毒SsBRV1有着很近的亲缘关系,但SsBRV1对寄主没有显著影响。为了在分子水平上研究两种病毒对核盘菌基因表达的影响,通过对峙培养的方法将SsBRV2感染Ep-1PNA367,获得携带SsBRV2的菌株Ep-1PNA367BRV2。对携带SsBRV1的Ep-1PNA367BRV1与Ep-1PNA367BRV2进行比较,发现Ep-1PNA367BRV2的致病力明显低于Ep-1PNA367BRV1的致病力,并且前者不产生菌核,而后者产菌核。  通过高通量转录组测序比较了Ep-1PNA367、Ep-1PNA367BRV1和Ep-1PNA367BRV2在转录水平上的异同,从转录组层面上解析两种真菌病毒对核盘菌的影响。对Ep-1PNA367BRV2与Ep-1PNA367差异基因的GO注释分析发现,其差异基因在45类生物学功能方面的基因表达有显著差异(P≤0.05),而Ep-1PNA367BRV1与Ep-1PNA367相比,GO富集分析主要存在17类生物学功能方面的显著差异(P≤0.05)。Ep-1PNA367BRV2与Ep-1PNA367之间差异基因的KEGG富集分析表明,显著性富集的通路有18个,其中涉及代谢通路的基因有92个,次级代谢合成的基因有44个。而Ep-1PNA367BRV1与Ep-1PNA367之间差异表达基因中显著性富集(P≤0.05)的通路仅仅含有5个,没有涉及到代谢通路和次级代谢合成,与前者共有的通路是蔗糖和淀粉代谢、半乳糖代谢和不饱和脂肪酸合成。表明两种病毒对寄主的影响在转录水平有较大差异。  与Ep-1PNA367相比,Ep-1PNA367BRV2与Ep-1PNA367BRV1中存在相同表达变化趋势的差异基因有329个(上调175个,下调154个)。与Ep-1PNA367相比,相对于Ep-1PNA367BRV1的差异表达基因,Ep-1PNA367BRV2中,特异性变化的基因有1961个(其中单独上调1174个,单独下调679个;Ep-1PNA367BRV2中上调Ep-1PNA367BRV1中下调86个,Ep-1PNA367BRV2中下调Ep-1PNA367BRV1中上调22个),GO注释Ep-1PNA367BRV2中特异变化的基因除了共同变化中的碳水化合物和水解酶外,还集中于氧化还原反应、原血红素结合、铁结合和细胞壁修饰等方面。  对于特异性变化的基因从水解酶类基因、细胞色素P450基因、转运子基因、转录因子基因以及候选效应因子基因进行分析。水解酶基因中显著下调55个,上调38个;共有32个细胞色素基因的表达发生显著上调或下调;82个转运子基因发生特异性变化,其中28个基因表达下调,54个基因表达上调;38个转录因子大部分编码锌结合转录因子,28个基因表现为上调,10个基因表现为下调。筛选出104个编码效应子类似蛋白的基因,其中在Ep-1PNA367BRV2中59个基因表达上调,45个基因表达下调。
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