稻瘟病菌小型分生孢子的萌发和致病性研究

发布时间：2017-12-06 23:03

  本文关键词：稻瘟病菌小型分生孢子的萌发和致病性研究

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【摘要】：由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻上的主要真菌病害,严重影响着全球水稻产量。穗颈瘟——稻瘟病最具毁灭性的发生形式,可以在没有大量叶斑和分生孢子产生的情况下迅速流行开来,这表明分生孢子可能不是田间唯一的侵染源。由稻瘟病菌的特殊专化型引起的麦瘟病是小麦上的穗部病害,田间往往出现严重的穗瘟症状,而叶片和茎很少有病斑。因此除分生孢子外,应该还有其他接种体负责麦瘟病的传播和爆发。作为研究真菌与植物互作的模式菌,稻瘟病菌除了产生分生孢子(即常见的洋梨形大型分生孢子)外,还可以产生小型分生孢子。然而大量的研究均集中在大型分生孢子上,目前尚无小型分生孢子萌发及其在侵染循环中所起作用的报道。本论文主要对稻瘟病菌小型分生孢子的液体产生条件、萌发能力、致病性和基因表达情况做了系统的研究。首先,我们提供了一套获得大量纯净小型分生孢子的方法,而且培养液中的小型分生孢子经滤布和双圈中速滤纸过滤后,变得十分纯净,没有大型分生孢子或菌丝的污染。通过测定一系列突变体的小型分生孢子产量,我们发现与野生型相比,MAP激酶突变体Δpmk1及其转录因子突变体Δmst12的产孢量下降了100倍,而Mst50互作蛋白突变体Δmip11的小型分生孢子产量却上调了4.5倍,小型分生孢子的产生涉及Pmk1所在的MAPK信号通路。在1%水琼脂上培养72h后,4.9%的小型分生孢子产生芽管。无论在植物叶片还是疏水玻片上,小型分生孢子萌发均不形成附着胞。大部分已萌发的小型分生孢子不能形成菌落,可能与其芽管缺乏有丝分裂有关。前人推测小型分生孢子在稻瘟病菌有性生殖中起不动精子的作用,而我们发现在1%水琼脂或燕麦培养基表面上,小型分生孢子的萌发和芽管的生长不受另一个交配型菌株的影响,在该实验条件下小型分生孢子没有不动精子的作用,因此它应该在稻瘟病菌其他方面有功能。小型分生孢子对无伤的植物叶片丧失了致病力,这与其不能形成附着胞的事实相符合。与大型分生孢子相比,小型分生孢子内部的能量储备极其有限,缺乏足够的脂质体和糖原,难以产生足够的膨压用于植物表皮的穿透。然而,小型分生孢子可以在有伤口的植物叶片、茎和开花期的小穗上定殖并产生病斑。小型分生孢子萌发形成的菌落和小型分生孢子致病后病斑分离出的菌落在生长、产孢、致病等方面均表现正常。液体产生小型分生孢子的条件,不适合有性生殖过程,更类似于植物体内的生长条件,那么小型分生孢子极有可能在发病植物内产生,尤其是维管束系统内。因此,我们对实验室和田间发病植物的无症状组织进行检测,发现了小型分生孢子或小型分生孢子类似物的存在。通过比较营养菌丝、大型分生孢子和小型分生孢子的转录组数据,我们鉴定到2个在小型分生孢子中特异表达的基因,6个上调表达20倍以上的基因。这些基因大部分功能未知,可能与小型分生孢子尚未明确的功能有关,因此,关注特异表达和上调表达基因,对研究小型分生孢子的功能十分重要。以上结果表明小型分生孢子可以萌发,具有致病性,并可以在植物内产生。由于它们体积小、数量大,植物体内产生的小型分生孢子可能允许病原菌在植物维管束系统中自由扩散,导致系统性定殖,这可能是稻瘟病突然爆发的重要因素。本研究为防控稻瘟病、麦瘟病和其它由坐壳属Magnaporthe引起的病害提供重要的理论参考。在研究小型分生孢子的同时,我们初步开展了稻瘟病菌大型分生孢子的致病机理研究。缺失MAP激酶MoMps1时,病菌大型分生孢子形成附着胞后不能进一步穿透植物表皮,丧失了致病力,同时大型分生孢子本身延迟死亡。因为附着胞形成时期大型分生孢子自噬性死亡是稻瘟病菌成功侵染所必需的,所以我们推测缺失MoMPS1影响了自噬的进行,导致大型分生孢子内能量储备无法转运至附着胞。本部分主要对MoMps1激酶与其突变体自噬表型的关系进行初步研究。我们利用酵母双杂技术对10个可能同时与MoMPS1及自噬相关的候选基因进行验证,发现MoMps1分别与MoAtg13、MoAtg26、MoPex1互作,并且MoAtg13与MoPex1互作。Atg13在其他真核细胞中的功能十分保守,作为Atg1激酶复合体的适配器或辅助蛋白,参与Tor1介导的自噬起始;MoAtg26在毕赤酵母Pichia pastoris中的同源物参与过氧化物酶体自噬;MoPex1是参与过氧化物酶体生物合成的蛋白,其敲除突变体在附着胞发育时期,对脂肪滴的调动和降解能力显著减弱。因此,MoMps1可能通过与MoAtg13、MoPex1互作,参与大型分生孢子附着胞形成时期脂质体的调动和降解,缺失MoMPS1后导致大型分生孢子Ⅱ型程序性细胞死亡有缺陷。该结果为研究MoMPS1在稻瘟病菌附着胞发育时期影响侵染钉形成的机制奠定了基础,有助于进一步揭示稻瘟病菌大型分生孢子的致病机理。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S435.111.41

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1 张慧丽;稻瘟病菌小型分生孢子的萌发和致病性研究[D];西北农林科技大学;2017年

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本文编号：1260252