稻瘟病菌过氧化物酶体形成相关基因MoPEX1、MoPEX4、MoPEX10在生长发育及致病过程中的作用

发布时间：2018-11-25 10:41

【摘要】：由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻生产中最为严重的病害之一。对稻瘟病的控制也是水稻生产研究中急需解决的难题。而稻瘟病菌基因功能研究的开展,则有利于更好地了解其病原真菌的生物学特性,从而提出更有针对性的防控措施。过氧化物酶体(peroxisome)作为真核生物细胞内的一类单层膜细胞器,参与p-氧化、乙醛酸循环及活性氧的分解等生化反应,影响着病原真菌的生长发育、产孢、侵入、寄生等各个环节,在病原真菌的致病过程中起着必不可少的作用。过氧化物酶体自身不含有DNA,所有膜蛋白和基质酶类等均由核基因编码,并在细胞质中合成后通过自身具有的定位信号蛋白(Peroxisome Targeting Signal,PTS)合成,从而被识别并转运定位至过氧化物酶体上。参与过氧化物酶体形成的蛋白被称为Peroxins,是由PEX基因编码调控的。然而在过氧化物酶体的形成过程中,不同PEX基因间存有各种互作和分工,而不同物种间同一PEX基因的功能也不尽相同。目前的研究发现,过氧化物酶体基质蛋白的转运过程大致可以分为识别并与受体结合、定位、运输、受体再循环等几个环节。其中与信号蛋白结合的基质蛋白卸下并运输装配的工作则主要通过PEX2、 PEX10、PEX12编码的环脂结构完成。而PEX1、PEX4、 PEX6等基因则起到了最后让信号蛋白能够回到细胞质中循环再利用的作用。然而,丝状真菌中的过氧化物酶体形成相关基因的研究还是相当有限的。因此,对稻瘟病菌的PEX基因的研究是有意义、有必要的。关于稻瘟病菌中编码环脂结构的MoPEX2、MoPEX12基因已有研究,而另一个结构因素Pex10p在稻瘟病菌中的作用机制尚不清楚,因此本文首先对稻瘟病菌中的MoPEX10基因进行了功能分析,结果发现：稻瘟病菌、小麦赤霉病菌以及粗糙脉孢霉菌中的PEX10蛋白序列最为接近。蛋白的亚细胞定位证明Mopex10p可定位于过氧化物酶体上。MoPEX10的敲除会造成过氧化物酶体基质蛋白的定位异常。△mopex10突变体的生理生化代谢受到显著影响,包括突变体的生长速率减缓、完全培养基上生长的菌落扁平、气生菌丝密度降低;分生孢子的产量显著降低；同时脂类物质的利用能力被破坏,活性氧的耐受性减弱,细胞壁完整性也受到影响；MoPEX10的缺失同时也使得稻瘟病菌的孢子萌发率及附着胞形成率显著下降；24h培养后分生孢子内仍存有脂类物质；突变体附着胞膨压相较于野生型菌株下降明显。大麦及水稻接种实验表明△mopex10的致病能力均下降明显,部分接种方式无法产生病斑,由此证实MoPEX10为稻瘟病菌的致病过程中所必需的。PEX1、PEX4是已知的调控过氧化物酶体信号蛋白循环再利用的重要基因。然而迄今为止,病原真菌中该机制的研究尚未有报道。因此,本文对稻瘟病菌MoPEX1、 MoPEx4这两个基因功能进行了分析,研究后发现：稻瘟病菌PEX1、PEX4与小麦赤霉病菌及粗糙脉孢霉菌中同源基因的蛋白序列最为接近。蛋白的亚细胞定位证明Mopex1p与Mopex4p可定位于新产生的过氧化物酶体上。MoPEX1、MoPEX4的敲除均能够造成过氧化物酶体基质蛋白的定位异常。△mopex1与△mopex4突变体的生长速率减缓、完全培养基上生长的菌落扁平、气生菌丝密度降低、黑色素化的程度下降；分生孢子的产量显著降低；同时脂类物质的利用能力被破坏,活性氧的耐受性减弱,细胞壁完整性也受到影响；MoPEX1、MoPEX4的缺失均使得稻瘟病菌的孢子萌发率及附着胞形成率显著下降；24h培养后突变体的分生孢子内仍存有脂类物质；突变体附着胞膨压相较于野生型菌株下降明显。大麦及水稻接种实验表明△mopex1与△mopex4的致病能力均下降明显,其中△mopex1无法产生病斑,而在对叶片进行刮伤及烫伤处理后,致病性均能够有一定的恢复,但仍弱于野生型,表明MoPEX1与MoPEx4均为稻瘟病菌的致病过程中所必需的。综上,MoPEX1、MoPEX4/MOPEX10三个基因均参与了稻瘟病菌生长发育和致病相关过程,研究结果深入了对稻瘟病菌中过氧化物酶体功能的认识。
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【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S435.111.41

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