玉米大斑病菌漆酶基因家族鉴定及关键基因的功能解析
发布时间：2021-07-01 18:36
漆酶是一种多铜氧化酶,多以基因家族形式存在,编码不同活性的同工酶,参与真菌形态建成、宿主与病原互作、合成色素、应激反应等多种重要生物学过程,但由于漆酶家族成员众多及作用底物范围广泛,对其功能的阐释多为表型分析,对漆酶参与的生化途径了解较少。玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）是一种半活体子囊真菌,可以侵染玉米、高粱等作物,形成梭形病斑,影响植物光合作用从而降低产量。前期研究发现,玉米大斑病菌漆酶基因StLAC1、StLAC2影响病菌生长、发育及致病,本论文对玉米大斑病菌漆酶家族基因进行了系统鉴定,并在转录及蛋白水平上寻找关键基因,结合基因组学、代谢组学研究玉米大斑病菌中关键漆酶基因在病菌生长、发育及致病中的功能。得到以下结果:1.利用多铜氧化酶结构域的隐马尔可夫模型,在玉米大斑病菌基因组中鉴定得到了9个漆酶样多铜氧化酶,均含有保守的铜离子结合特征序列,但其蛋白氨基酸序列同源性低,仅为19.79%-48.70%,聚类在5个不同的超家族,其中Stlac1、Stlac2、Stlac4、Stlac6为子囊菌多铜氧化酶。在9个基因上游含有正向氮调控基因作用元件（NIT2）、正...
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型漆酶结构域及铜离子结合位点[6]
谏?刂屑洳??多巴类色素，儿茶酚胺衍生物如吡咯-2,3,5-三羧酸和吡咯-2,3-二羧酸等黑色素的特异性中间产物在缺失漆酶的突变体中不存在。在添加了儿茶酚胺的培养基中，漆酶通过氧化多巴胺成为高活性的多巴醌，多巴醌再与自身或其它产物聚合生成黑色素，但是这个催化过程尚未在体内得到证明[40]。在昆虫角质层硬化过程中也发现多巴胺类衍生物可以作为漆酶的天然底物。1,2-脱氢-N-乙酰基多巴胺是昆虫角质层硬化过程中形成的重要儿茶酚胺衍生物，漆酶催化其氧化产生大量二聚体，但并未检测到聚合程度更高的低聚物[41]。AB图1-2漆酶以DHN和L-dopa为底物合成黑色素[32]Fig.1-2LaccasessynthesizemelaninusingDHNandL-dopaassubstrates[32]注：A：DHN黑色素合成过程。B：L-dopa黑色素合成过程。Note:A:thesynthesisofDHNmelaninB:thesynthesisofL-dopamelanin1.2.2木质素类化合物植物细胞壁组分木质素是苯丙烷衍生的高聚物，由对香豆醇（H单元，次要单元）、松柏醇（G单元）和芥子醇（S单元）等多酚类物质构成的，通过自由基聚合偶联形成各种C-C和C-O键实现其聚合。普遍认为漆酶对木质素类化合物具有催化活性，但在不同的物种中其作用似乎完全相反。在植物中，漆酶参与氧化木质素前体物质的聚合，而木质化程度增加可以抵抗病菌侵染[41-43]；利用漆酶/介质体系改性木质素的过程中发现，体外模拟漆酶催化酚木质素二聚体，聚合发生在α位C上，而且小分子介质的参与直接影响漆酶反应的聚合程度[44]。相反，在真菌中漆酶参与木质素的降解，在降解过程中，漆酶能够断裂木质素中低分子量酚类化合物，并且在各种介质存在下断裂非酚木质素单元间的化学键，而酚类化合物作为降解中间产物可以促进漆酶对顽固非酚类结构的转化（图1-3）[45,46]。
河北农业大学博士学位（毕业）论文6图1-3漆酶降解木质素中推测的化学键断裂[45]Fig.1-3Thechemicalreactioninlignindegradingbylaccase[45]1.2.3其他多酚类物质研究表明，漆酶可以催化黄酮类、单宁类等其他多酚物质。植物黄酮类化合物具有拮抗微生物侵染的作用，可能是漆酶的天然靶标并导致形成防御性色素。不同来源的漆酶催化黄酮类化合物的聚合反应的位置不同，植物中漆酶可以氧化黄酮的A环或产生自由基发生聚合，而真菌和细菌漆酶需要黄酮结构中B环上具有羟基才能进行催化反应；白藜芦醇和多酚化合物具有限制色素形成的能力，可能是漆酶活性的有效抑制剂[47,48]。Colletotrichumgloeosporioides侵染鳄梨果实过程中发现真菌产生的漆酶参与黄酮类表儿茶素（Epicatechin）的生物转化并导致抗真菌二烯化合物含量的下降，从而促进了病菌侵染及发病[49]。Polyporusversicolor产生的漆酶可以以黄酮醇作为底物，且动力学分析表明该酶对黄酮类化合物的亲和力比多酚和苯二胺高[50]。植物中的漆酶活性导致形成许多棕色色素，通常称为单宁[51,52]。Botrytiscinerea感染过程中，植物产生的漆酶氧化导致葡萄褐变反应，主要化合物包括没食子酸、咖啡酸、阿魏酸和葡萄糖苷锦葵花素等多酚类物质[53]。同时真菌漆酶也被认为是B.cinerea的重要致病蛋白，可以将白藜芦醇氧化成维尼非林（Viniferin），其漆酶活性与致病性强弱有关[54]。其他多酚类如七叶树素（一种香豆素衍生物）也能被漆酶氧化，说明漆酶可能参与香豆素等物质的生物合成途径[55]。除此之外，真菌DaldiniaeschscholziiIFB-TL01产生的免疫抑制剂Dalesconols是DHN衍生物，漆酶催化其聚合过程[56]。1.2.4前列腺素等脂类化合物随着对漆酶功能的深入了解，逐渐发现多酚类物质不是漆酶
【参考文献】：
期刊论文
[1]禾谷镰孢漆酶样多铜氧化酶的鉴定及其表达模式[J]. 刘宁,渠清,李丽娜,庞茜,柳建虎,张垚,曹志艳,董金皋. 植物病理学报. 2019(06)
[2]代谢组学全功能软件研究进展[J]. 梁丹丹,李忆涛,郑晓皎,陈天璐. 上海交通大学学报(医学版). 2018(07)
[3]香菇生长发育过程中漆酶基因家族的转录表达[J]. 秦澎,李津,辜运富,曾先富,向泉桔. 应用与环境生物学报. 2018(02)
[4]STK1基因对山梨醇高渗胁迫下玉米大斑病菌菌丝生长和发育的调控[J]. 张淑红,张运峰,范永山. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2018(07)
[5]龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析[J]. 徐小萍,陈晓慧,吕科良,陈旭,陈裕坤,林玉玲,赖钟雄. 应用与环境生物学报. 2018(04)
[6]过氧化物酶体增殖剂对稻瘟病菌生长发育及致病性的影响[J]. 陈海莉,李玲,王教瑜,张昕,孙国昌. 微生物学报. 2016(10)
[7]拟南芥转酮醇酶蛋白AtTKL1的同源建模及与α-三联噻吩结合作用分析[J]. 赵斌,霍静倩,邢继红,齐萌,张金林,董金皋. 高等学校化学学报. 2015(04)
[8]利用根癌农杆菌T-DNA插入突变寻找参与漆酶葡萄糖阻遏的关键基因[J]. 李中明,潘皎,朱旭东. 微生物学报. 2012(01)
[9]过氧化物酶体与病原真菌的致病性[J]. 李荔,张克勤,杨金奎. 微生物学通报. 2011(06)
[10]漆酶空间结构、反应机理及应用[J]. 葛宏华,武赟,肖亚中. 生物工程学报. 2011(02)
博士论文
[1]核地杖菌漆酶基因ShLAC1和桑树几丁质识别受体的功能研究[D]. 吕志远.西南大学 2018
[2]磷脂类系列化合物对UGT酶抑制及其机制的研究[D]. 高欣.中国人民解放军军事医学科学院 2015
[3]白腐真菌漆酶及同工酶基因家族的克隆表达调控研究[D]. 卓睿.华中科技大学 2015
[4]稻瘟病菌精氨酸合成途径基因的功能分析及稻瘟病菌代谢组学的研究[D]. 张勇.浙江大学 2015
[5]玉米小斑病菌中Vel2与Vos1的功能分析[D]. 王伟伟.吉林大学 2014
[6]漆酶在斑玉蕈菌丝生长和子实体发育中的功能研究[D]. 张津京.南京农业大学 2014
[7]玉米大斑病菌黑色素合成途径相关基因的克隆及功能分析[D]. 曹志艳.河北农业大学 2009
硕士论文
[1]毛竹漆酶家族全基因组分析及PeLAC和PeLAC190的功能研究[D]. 李利超.中国林业科学研究院 2017
[2]稻瘟病菌自噬基因缺失对菌体及其寄主代谢的影响及差异代谢物筛选[D]. 张凡忠.浙江大学 2016
[3]灰葡萄孢菌和紫外诱导葡萄抗毒素白藜芦醇合成及代谢的研究[D]. 张翠苹.四川农业大学 2016
[4]水稻漆酶介导植株体内阿特拉津和异丙隆降解机理的研究[D]. 黄梦甜.南京农业大学 2016
[5]大斑刚毛座腔菌漆酶基因功能验证及高产漆酶发酵条件优化[D]. 曹可可.河北农业大学 2015
[6]芒果炭疽病菌漆酶基因Lac1的克隆与致病相关功能鉴定[D]. 韦运谢.海南大学 2014
[7]大豆疫霉磷脂酰肌醇转移蛋白PsPITP1功能分析[D]. 路兆军.南京农业大学 2013
[8]白念珠菌多铜氧化酶基因功能及转录调控的研究[D]. 程欣欣.南开大学 2013
[9]稻瘟病菌漆酶基因的生物信息学分析及其功能验证[D]. 赵传志.福建农林大学 2006
本文编号：3259656
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型漆酶结构域及铜离子结合位点[6]
谏?刂屑洳??多巴类色素，儿茶酚胺衍生物如吡咯-2,3,5-三羧酸和吡咯-2,3-二羧酸等黑色素的特异性中间产物在缺失漆酶的突变体中不存在。在添加了儿茶酚胺的培养基中，漆酶通过氧化多巴胺成为高活性的多巴醌，多巴醌再与自身或其它产物聚合生成黑色素，但是这个催化过程尚未在体内得到证明[40]。在昆虫角质层硬化过程中也发现多巴胺类衍生物可以作为漆酶的天然底物。1,2-脱氢-N-乙酰基多巴胺是昆虫角质层硬化过程中形成的重要儿茶酚胺衍生物，漆酶催化其氧化产生大量二聚体，但并未检测到聚合程度更高的低聚物[41]。AB图1-2漆酶以DHN和L-dopa为底物合成黑色素[32]Fig.1-2LaccasessynthesizemelaninusingDHNandL-dopaassubstrates[32]注：A：DHN黑色素合成过程。B：L-dopa黑色素合成过程。Note:A:thesynthesisofDHNmelaninB:thesynthesisofL-dopamelanin1.2.2木质素类化合物植物细胞壁组分木质素是苯丙烷衍生的高聚物，由对香豆醇（H单元，次要单元）、松柏醇（G单元）和芥子醇（S单元）等多酚类物质构成的，通过自由基聚合偶联形成各种C-C和C-O键实现其聚合。普遍认为漆酶对木质素类化合物具有催化活性，但在不同的物种中其作用似乎完全相反。在植物中，漆酶参与氧化木质素前体物质的聚合，而木质化程度增加可以抵抗病菌侵染[41-43]；利用漆酶/介质体系改性木质素的过程中发现，体外模拟漆酶催化酚木质素二聚体，聚合发生在α位C上，而且小分子介质的参与直接影响漆酶反应的聚合程度[44]。相反，在真菌中漆酶参与木质素的降解，在降解过程中，漆酶能够断裂木质素中低分子量酚类化合物，并且在各种介质存在下断裂非酚木质素单元间的化学键，而酚类化合物作为降解中间产物可以促进漆酶对顽固非酚类结构的转化（图1-3）[45,46]。
河北农业大学博士学位（毕业）论文6图1-3漆酶降解木质素中推测的化学键断裂[45]Fig.1-3Thechemicalreactioninlignindegradingbylaccase[45]1.2.3其他多酚类物质研究表明，漆酶可以催化黄酮类、单宁类等其他多酚物质。植物黄酮类化合物具有拮抗微生物侵染的作用，可能是漆酶的天然靶标并导致形成防御性色素。不同来源的漆酶催化黄酮类化合物的聚合反应的位置不同，植物中漆酶可以氧化黄酮的A环或产生自由基发生聚合，而真菌和细菌漆酶需要黄酮结构中B环上具有羟基才能进行催化反应；白藜芦醇和多酚化合物具有限制色素形成的能力，可能是漆酶活性的有效抑制剂[47,48]。Colletotrichumgloeosporioides侵染鳄梨果实过程中发现真菌产生的漆酶参与黄酮类表儿茶素（Epicatechin）的生物转化并导致抗真菌二烯化合物含量的下降，从而促进了病菌侵染及发病[49]。Polyporusversicolor产生的漆酶可以以黄酮醇作为底物，且动力学分析表明该酶对黄酮类化合物的亲和力比多酚和苯二胺高[50]。植物中的漆酶活性导致形成许多棕色色素，通常称为单宁[51,52]。Botrytiscinerea感染过程中，植物产生的漆酶氧化导致葡萄褐变反应，主要化合物包括没食子酸、咖啡酸、阿魏酸和葡萄糖苷锦葵花素等多酚类物质[53]。同时真菌漆酶也被认为是B.cinerea的重要致病蛋白，可以将白藜芦醇氧化成维尼非林（Viniferin），其漆酶活性与致病性强弱有关[54]。其他多酚类如七叶树素（一种香豆素衍生物）也能被漆酶氧化，说明漆酶可能参与香豆素等物质的生物合成途径[55]。除此之外，真菌DaldiniaeschscholziiIFB-TL01产生的免疫抑制剂Dalesconols是DHN衍生物，漆酶催化其聚合过程[56]。1.2.4前列腺素等脂类化合物随着对漆酶功能的深入了解，逐渐发现多酚类物质不是漆酶
【参考文献】：
期刊论文
[1]禾谷镰孢漆酶样多铜氧化酶的鉴定及其表达模式[J]. 刘宁,渠清,李丽娜,庞茜,柳建虎,张垚,曹志艳,董金皋. 植物病理学报. 2019(06)
[2]代谢组学全功能软件研究进展[J]. 梁丹丹,李忆涛,郑晓皎,陈天璐. 上海交通大学学报(医学版). 2018(07)
[3]香菇生长发育过程中漆酶基因家族的转录表达[J]. 秦澎,李津,辜运富,曾先富,向泉桔. 应用与环境生物学报. 2018(02)
[4]STK1基因对山梨醇高渗胁迫下玉米大斑病菌菌丝生长和发育的调控[J]. 张淑红,张运峰,范永山. 西北农林科技大学学报(自然科学版). 2018(07)
[5]龙眼漆酶家族成员全基因组结构与功能分析[J]. 徐小萍,陈晓慧,吕科良,陈旭,陈裕坤,林玉玲,赖钟雄. 应用与环境生物学报. 2018(04)
[6]过氧化物酶体增殖剂对稻瘟病菌生长发育及致病性的影响[J]. 陈海莉,李玲,王教瑜,张昕,孙国昌. 微生物学报. 2016(10)
[7]拟南芥转酮醇酶蛋白AtTKL1的同源建模及与α-三联噻吩结合作用分析[J]. 赵斌,霍静倩,邢继红,齐萌,张金林,董金皋. 高等学校化学学报. 2015(04)
[8]利用根癌农杆菌T-DNA插入突变寻找参与漆酶葡萄糖阻遏的关键基因[J]. 李中明,潘皎,朱旭东. 微生物学报. 2012(01)
[9]过氧化物酶体与病原真菌的致病性[J]. 李荔,张克勤,杨金奎. 微生物学通报. 2011(06)
[10]漆酶空间结构、反应机理及应用[J]. 葛宏华,武赟,肖亚中. 生物工程学报. 2011(02)
博士论文
[1]核地杖菌漆酶基因ShLAC1和桑树几丁质识别受体的功能研究[D]. 吕志远.西南大学 2018
[2]磷脂类系列化合物对UGT酶抑制及其机制的研究[D]. 高欣.中国人民解放军军事医学科学院 2015
[3]白腐真菌漆酶及同工酶基因家族的克隆表达调控研究[D]. 卓睿.华中科技大学 2015
[4]稻瘟病菌精氨酸合成途径基因的功能分析及稻瘟病菌代谢组学的研究[D]. 张勇.浙江大学 2015
[5]玉米小斑病菌中Vel2与Vos1的功能分析[D]. 王伟伟.吉林大学 2014
[6]漆酶在斑玉蕈菌丝生长和子实体发育中的功能研究[D]. 张津京.南京农业大学 2014
[7]玉米大斑病菌黑色素合成途径相关基因的克隆及功能分析[D]. 曹志艳.河北农业大学 2009
硕士论文
[1]毛竹漆酶家族全基因组分析及PeLAC和PeLAC190的功能研究[D]. 李利超.中国林业科学研究院 2017
[2]稻瘟病菌自噬基因缺失对菌体及其寄主代谢的影响及差异代谢物筛选[D]. 张凡忠.浙江大学 2016
[3]灰葡萄孢菌和紫外诱导葡萄抗毒素白藜芦醇合成及代谢的研究[D]. 张翠苹.四川农业大学 2016
[4]水稻漆酶介导植株体内阿特拉津和异丙隆降解机理的研究[D]. 黄梦甜.南京农业大学 2016
[5]大斑刚毛座腔菌漆酶基因功能验证及高产漆酶发酵条件优化[D]. 曹可可.河北农业大学 2015
[6]芒果炭疽病菌漆酶基因Lac1的克隆与致病相关功能鉴定[D]. 韦运谢.海南大学 2014
[7]大豆疫霉磷脂酰肌醇转移蛋白PsPITP1功能分析[D]. 路兆军.南京农业大学 2013
[8]白念珠菌多铜氧化酶基因功能及转录调控的研究[D]. 程欣欣.南开大学 2013
[9]稻瘟病菌漆酶基因的生物信息学分析及其功能验证[D]. 赵传志.福建农林大学 2006
本文编号：3259656
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