板栗疫病菌脯氨酸代谢途径与致病力关系研究

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以板栗疫病菌(Cryphonectria parasii)野生型菌株EP155为出发菌株,用根癌农杆菌(Agrobateriumtumefaciens)介导转化方法,构建19973个具有潮霉素抗性的T-DNA随机插入突变体。根据表型对突变体进行分类:Ⅰ)几乎不产生气生及基生菌丝、仅在培养基表面上形成一片透明薄层的突变体(812株);Ⅱ)菌落生长速率不变且菌落色素加深的突变体(49株);Ⅲ)菌落生长速率不变且菌落色素减少或不产生的突变体(49株);Ⅳ)菌落生长速率显著减小且菌落色素加深的突变体(72株);Ⅴ)菌落生长速率显著减小且菌落色素减少或不产生的突变体(38株);Ⅵ)与EP155表型一致的突变体(18953株)。Southern杂交显示79%的突变体为T-DNA单拷贝插入,TAIL-PCR分析显示T-DNA随机插入EP155的基因组DNA。突变体77HE12的致病力显著降低,其T-DNA插入到编码脯氨酸脱氢酶的基因Prodh的第二个外显子内。将Prodh基因导入到突变体中可使其致病力恢复。用同源重组方法构建了Prodh基因缺失突变体△prodh,其表型与77HE12 一致。△Prodh在PDA培养基上培养7天的菌落面积分别为EP155和△ku80的77%和82%,产孢量分别为EP155和△ku80的8.5%和9.8%,致病力显著下降,在板栗树枝上形成的病斑分别为EP155和△ku80的 18%和 20%。用同源重组方法构建了 Prodh基因下游编码△1-吡咯啉-5-羧酸(△1-pyrroline-5-carboxylate,P5C)脱氢酶的基因P5Cdh的缺失突变体△p5cdh。△p5cdh在PDA培养基上的表型与EP155相同,能正常产生色素和分生孢子,但是致病力显著下降,在板栗树枝上形成的病斑分别为EP155和△ku80的16%和18%。原核表达和亲和纯化获得的Prodh和P5Cdh重组蛋白经酶活检测证实分别具有脯氨酸脱氢酶和P5C脱氢酶的活性,而且Prodh和P5Cdh能分别功能性互补酿酒酵母Prodh和P5Cdh的缺失突变体(△put1和△put2),表明在生化和生物学功能上,Prodh和P5Cdh分别具有脯氨酸脱氢酶和P5C脱氢酶的功能。△prodh和△p5cdh均不能在以proline为唯一氮源的基础培养基生长,用添加proline的PDA培养时,其生长、产孢和色素生成都受到显著抑制,推测与其菌丝体内积累了大量的proline和P5C有关。低毒病毒感染显著下调Prodh和P5Cdh转录水平。对参与脯氨酸代谢途径的其他7个关键蛋白的编码基因(Car1、Caar2、Pro1、Pro2、Pro3、Put3和Put4)分别进行了敲除。这些基因的缺失突变体的致病力均未发生显著改变,△pro1的产孢量分别为EP155和Aku80的5.6%和6.5%,△pro 的产孢量分别为EP155和△ku80的0.5%和0.6%,其余突变体的产孢量与EP155和△ku80无显著差异,△pro1和△pro2对渗透压力和高盐压力敏感。综上所述,在板栗疫病菌的脯氨酸代谢途径中,PProdh和P5Cdh是板栗疫病菌致病力必须的,Prodh、Pro1和Pro2是板栗疫病菌产孢必须的,而且很可能该途径的多个成员的编码基因是低毒病毒作用的下游靶基因。
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