转录因子CfHac1调控油茶果生刺盘孢菌致病的分子机制

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油茶是我国特有的木本食用油料树种,主要分布在我国秦岭淮河以南地区。炭疽病是油茶主要病害,导致严重经济损失。果生刺盘孢是油茶炭疽病优势病原菌,阐明其致病分子机制,对防控该病害具有重要意义。前期研究发现bZIP转录因子CfHac1参与调控果生刺盘孢的生长发育和致病力。本文对转录因子CfHacl的BRLZ结构域及其转录调控的关键致病基因的功能进行研究,旨在阐明转录因子CfHac1调控果生刺盘孢的致病分子机制,为油茶炭疽病的防治提供理论依据。研究的主要结果如下:(1)CfHAC1基因应答DTT胁迫转录组分析及结构域功能研究。采用点突变的方式,构建缺失BRLZ结构域回补质粒载体pYF1 1::CfHAC1△BRLZ,通过原生质体转化、抗性筛选获得BRLZ结构域缺失的突变菌株△Cfhac1/CfHAC1△BRLZ。生物学表型测定结果表明,转录因子CfHacl的BRLZ结构域参与调控果生刺盘孢营养生长、内质网压力胁迫和致病力。(2)进一步利用高通量RNA-seq技术对该病菌野生型菌株和CfHAC1敲除突变体菌株在DTT胁迫下的转录组进行了比较分析,结果表明差异表达基因共有2680个,其中上调表达基因有1181个,下调表达基因有1499个。Gene Ontology功能分析结果显示,差异表达基因主要参与在催化活性、结合、代谢过程、细胞过程、细胞成分合成、生物过程调控和应激反应等生物学过程中。KEGG功能富集分析表明,上调表达基因主要被富集到核糖体、真核细胞的核糖体生物合成、RNA转运和氰基氨基酸代谢通路中;下调表达基因显著富集在内质网蛋白质加工、N-聚糖生物合成、类固醇合成和蛋白质分泌等通路中。分析发现转录因子CfHac1调控内质网胁迫应答和致病相关基因的表达。(3)转录因子CfHac1调控表达基因CfVAM7功能研究。通过对果生刺盘孢CfHAC1基因敲除突变体在二硫苏糖醇胁迫下的转录组进行分析,发现一个SNARE复合体亚基CfVam7表达量为0,说明该基因的表达受转录因子CfHac1的调控。采用over-lap方法构建CfVAM7基因敲除载体片段,使用PEG介导法将敲除载体片段转化至果生刺盘孢原生质体中,通过PCR验证、筛选突变体菌株△Cfvam7。构建完全基因CfVAM7回补载体pYF11::CfVAM7以及SNARE、PX结构域缺失回补载体pYF11::CfVAM7△SNARE和pYF11::CfVAM7△PX,并将它们分别转化至突变体△Cfvam7原生质体中,绿色荧光筛选获得完全回补以及结构域缺失回补菌株。进一步测定野生型CFLH16、突变体ΔCfvam7、回补菌株△Cfvam7/CfVAM7 以及分别缺失 SNARE 和 PX 结构域的菌株△Cfvam7/CfVAM7△SNARE和△Cfvam 7/CfVAM7△PX的生物学表型。实验结果表明,与野生型和回补菌株相比,突变体△Cfvam7菌丝生长速率、分生孢子产量和附着胞形成率显著降低,对内质网压力诱导剂二硫苏糖醇和衣霉素敏感,但对氯化钠、氯化钾、十二烷基硫酸钠、钙荧光白和刚果红胁迫耐受性增强;突变体△Cfvam7菌株细胞内不能进行正常的液泡融合和自噬过程;致病力测定结果表明,突变体△Cfvam7丧失了对油茶叶片的致病力;对CfVam7蛋白的SNARE和PX结构域的研究表明,这两个结构域的缺失导致该蛋白的定位发生改变,并影响菌株的生长发育和致病力。(4)CfVam7互作蛋白CfVps39的功能研究。通过研究发现CfVam7与HOPS复合体亚基CfVps39互作。采用CfVps39基因敲除等方法获得CfVPS39突变体菌株△Cfvps39和回补菌株△Cfvps39/CfVPS39。研究发现△Cfvps39生长速率、产孢量和附着胞形成率显著降低;对渗透压胁迫剂0.7 M氯化钠和0.6 M氯化钾和细胞壁胁迫剂荧光增白剂(CFW)和刚果红(CR)的抗性显著增强。但突变体△Cfvps39对5 mM和7.5 mM二硫苏糖醇(DTT)及0.5 ug/mL TM的耐受性显著降低。突变体△Cfvps39同型液泡无法正常融合,致病力显著降低。因此,CfVPS39基因参与果生刺盘孢菌生长发育、产孢、附着胞形成、液泡融合、应对压力胁迫以及致病等生物学过程。总之,本研究阐明了转录因子CfHac1调控果生刺盘孢致病的分子机制,研究结果为油茶炭疽病的防治提供理论依据。
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