禾谷镰刀菌β-微管蛋白在毒素运输中的作用研究

发布时间：2020-09-07 10:23

【摘要】：微管作为禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)中细胞骨架的重要部分不仅能够维持细胞形态,而且在许多生命活动中都扮演重要角色。先前的研究表明,同为细胞骨架的肌动蛋白微丝(Actin filaments)在毒素运输中起重要作用,用Actin抑制剂Latrunculin A处理菌体细胞可直接导致DON合成相关基因Tri12(毒素运输泵)不运动,从而认为Actin参与毒素运输并起着关键作用。而本实验室前期研究发现,同样作为禾谷镰刀菌细胞骨架重要成分的两个β-微管蛋白(FgTUB1和FgTUB2)在有性和无性生殖上存在功能分化,本课题在此研究基础上来探究微管蛋白是否同样也在毒素运输中起作用以及是否在毒素运输中存在功能分化。通过测定Fgtub1和Fgtub2缺失突变体及微管抑制剂Nacodazole处理后野生型菌株PH-1体外体内产毒、DON合成相关基因(TRI5,TRI6,TRI12)表达量及Tri1表达和Tri12运动来明确两个β-微管蛋白在产毒中的作用。1.通过对Fgtub1和Fgtub2缺失突变体产毒测定发现,与PH-1相比,Fgtub1中体外产毒以及大米产毒略有升高,其侵染小麦能力无显著差异,但对玉米须的侵染能力却显著降低。而Fgtub2中体外产毒、大米产毒以及对小麦和玉米须的侵染能力都有显著缺陷,表明FgTUB1和FgTUB2在菌体产毒方面可能存在功能分化,且FgTUB2对菌体产毒更加重要。2.QRT-PCR结果显示,与PH-1相比,Fgtub1和Fgtub2中TRI5表达量均上调,表明Fgtub2中产毒降低并不是由于TRI基因表达量的降低引起的,猜测是运输受阻导致。3.使用40μg/ml的微管抑制剂Nacodazole处理PH-1来进一步明确FgTUB1基因在毒素运输中的作用,结果发现,Nacodazole的使用导致TRI基因表达及菌体体外产毒均下降,进一步表明FgTUB1基因可能参与到了毒素运输过程。而在Fgtub1中用Nacodazole单独处理FgTUB2导致产毒显著降低,也进一步明确了FgTUB2参与到了毒素运输过程。4.通过对Fgtub1和Fgtub2缺失突变体以及Nacodazole处理野生型后体内毒素产量测定表明FgTUB1和FgTUB2基因的缺失及损伤均导致菌体体内产毒显著升高。5.细胞学观察发现β-微管蛋白的缺失不影响Tri1表达和Tri12运动,而用高浓度抑制剂处理野生型发现Tri12运动受阻,表明FgTUB1和FgTUB2均参与到了毒素运输。6.在用Nacodazole处理野生型时发现细胞质和细胞核处的FgTub2对抑制剂的耐受性也存在差异,表明FgTUB2涉及到了核分裂。综上所述,禾谷镰刀菌两个β-微管蛋白均参与到了毒素运输,但FgTUB2相比于FgTUB1对毒素运输过程以及核分裂更为重要。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.121.45
【图文】：

?1第一章 文献综述1.1 小麦赤霉病与禾谷镰刀菌简述1.1.1 小麦赤霉病简述小麦赤霉病 (Fusarium head blight, FHB) 作为小麦生产上非常严重的一种病害（图1-1），其危害仅次于小麦条锈病。作为一种普遍发生的流行病害，其流行之广涉及到世界多个国家 (何家泌, 1992)。该病害由镰刀菌引起，研究显示，我国引起小麦赤霉病的致病菌主要是禾谷镰刀菌 (Goswami and Kistler 2004)。该致病菌主要在小麦扬花期侵染(Sutton 1982)，遇雨天侵染加重，其侵染小麦后，不仅会导致籽粒干瘪致使小麦产量严重降低，而且它在侵染小麦的过程中会产生多种真菌毒素，这些真菌毒素可残留在病麦及后续加工制品中，人畜食用后会导致中毒，严重者甚至死亡 (De Walle et al. 2010)。目前许多国家对小麦中残留真菌毒素的含量都有严格规定，如美国和欧洲对小麦中残留毒素的含量分别不高于 1μg/g 和 0.75μg/g (Geng et al. 2014)。目前，我国主栽小麦品种中鲜有高抗小麦赤霉病的品种，田间菌株的抗药性问题也日益严峻 (Chen et al. 2017)，因此，对禾谷镰刀菌致病机理开展研究，最终为赤霉病防控新策略的建立提供理论就显得十分重要。图 1-1 禾谷镰刀菌导致的小麦赤霉病Figure 1-1. Fusarium head blight caused by Fusarium graminearum1.1.2 禾谷镰刀菌生活史简介禾谷镰刀菌的生活史可以分为无性和有性两个阶段，在无性阶段时禾谷镰刀菌主要以瓶梗式形成分生孢子进行繁殖，分生孢子形状呈镰刀型，两端较中间更细长，端部平钝，足细胞形态明显，分生孢子多为 3-5 个隔膜

侵染中也发挥着重要作用，禾谷镰刀菌在侵染大或作物体内，经收割其残留在田间的病种或病残境适宜时可迅速生长繁殖产生分生孢子和子囊孢雨、昆虫等媒介的传播侵染到新的寄主，小麦在部 (Sutton 1982)。这些分生孢子和子囊孢子萌发植物内部，其产生的菌丝可直接穿透植物细胞，arry et al. 1995, Markell 2003)，禾谷镰刀菌不仅可沿维管束扩展至邻近小穗，致使整颗小麦发病。粉红色霉层，这些霉层即为分生孢子聚集在一起期可在其最初侵染部位形成紫色或蓝黑色的物质禾谷镰刀菌在有性阶段产生的子囊壳（马鸿翔和件适宜时便从子囊壳顶端小孔喷出作为下一次菌侵染小麦后可最终导致被侵染的小麦穗枯萎变 al. 2008)。

1-3 禾谷镰刀菌中部分参与 ZEA 生物合成的基因 (Geng et al. 2014)(箭头表示正向调控，直线以横杠结束表示负向调控)artial genes involved in the ZEA production in F. graminearum (Geng et al. 2e regulation is indicated by an arrow, negative regulation by a line ending by a transversal b菌中 DON 合成相关基因研究现状菌在侵染小麦的过程中会释放多种真菌毒素，这些真菌毒素可显致病性 (Geng et al. 2014)，并且可以抑制真核生物蛋白质的合成物均具有一定的活性 (Audenaert et al. 2013)。其中危害最大的 基因家族调控，目前已发现的 DON 生物合成基因中，TRI5 是在 DON 合成第一步时将法尼焦磷酸转化成二烯合酶，从而催 (Proctor et al. 1995)，该基因的表达与否可用来作为 DON 是否合11)；除了 TRI5 之外，TRI101、TRI1、TRI4、TRI12、TRI6、TRN 毒素的合成。Isaac B. Meek 等人通过紫外线诱导拟分枝

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本文编号：2813214