稻瘟病菌中醛脫氫酶的重要功能研究.pdf

1、植物具有快速產(chǎn)生大量不同種類的次級代謝產(chǎn)物的能力，主要包括過氧化氫，乙醛以及其它酒精衍生物，用以響應(yīng)入侵病原微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生的持續(xù)刺激。這些次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生代表宿主已啟動基因?qū)用娴目共》磻?yīng)，這在很大的程度上被認為是最有效且能在宿主體內(nèi)被快速被激活的早期防御機制之一。很多植物都能通過這種機制用抵御入侵的病原體，進而提高自身的免疫能力。
　　實際上，這種形式的抗病反應(yīng)就是我們通常所說的PTI。PTI一旦被激發(fā)，侵染部位細胞將迅速產(chǎn)生并

2、積累具有高度活性的代謝物。這些代謝物能夠產(chǎn)生充分的毒性以扼殺病原體，或者抑制它們在宿主細胞中的生長和繁殖。以乙醛以及其他酒精衍生物為主要成分，這些次級代謝產(chǎn)物共同組成了寄主植物抵抗寄生微生物的化學(xué)“軍火庫”。顯然，植物病原體為成功侵染宿主必須克服這個先天的化學(xué)屏障。為了闡明在與宿主互作過程中，病原真菌通過什么機制化解宿主細胞中大量乙醛造成的危機，我們通過生物信息學(xué)、功能基因組學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)等手段隊稻瘟病菌ALDHs相關(guān)基因進行分類，病

3、理生理功能研究，以及互作蛋白鑒定。
　　醛脫氫酶是一類進化上保守的多態(tài)酶，隸屬于一個 NAD(P)+依賴的酶超家族，催化一個不可逆的氧化反應(yīng)：將內(nèi)源和外源乙醛轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的羧酸。因此，從根本上消解胞內(nèi)外乙醛的毒性。醛脫氫酶超家族的成員之間差異較大，它們定位在不同的細胞組分，參與調(diào)控不同的代謝和生物合成途徑。自從18世紀早期亞洲爆發(fā)了第一次有歷史記錄的稻瘟病之后，這種快速變異的病原真菌席卷了全球86個主產(chǎn)區(qū)，造成的水稻減產(chǎn)量足以養(yǎng)活六

4、千萬人口，相當(dāng)于我們要利用有限的勞動力、水資源和耕地將水稻產(chǎn)量從現(xiàn)在每年5億噸提高到7億噸才能填補稻瘟病所造成的國際糧食空缺。因此，我們堅信，本研究是具有重要性和時新性的。根據(jù)稻瘟數(shù)據(jù)庫序列比對結(jié)果，我們找到16個假定的醛脫氫酶基因，并通過系統(tǒng)進化樹分析這些醛脫氫酶基因在稻瘟病菌以及相關(guān)真菌中的保守性。然后利用同源重組和RNA沉默技術(shù)分別獲得稻瘟病菌13個醛脫氫酶超家族基因的敲除或者RNAi沉默突變體。
　　隨后，我們對這些醛脫氫

5、酶編碼基因敲出突變體進行一系列的生物學(xué)分析，以明確這些ALDHs蛋白在稻瘟病菌生長發(fā)育過程中的生理功能。
　　我們的研究結(jié)果表明，稻瘟病菌中絕大多數(shù)的醛脫氫酶都具有促進細胞增殖以及增強營養(yǎng)發(fā)育的功能。
　　此外，我們發(fā)現(xiàn)所有醛脫氫酶基因敲出突變體的產(chǎn)孢量都明顯下降，表明這些基因都在產(chǎn)孢過程發(fā)揮重要作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，一些底物特異性的醛脫氫酶，包括 MoMET、MoFAT和 MoSAL，對稻瘟病菌致病過程都具有關(guān)鍵的作用，它

6、們的基因敲除突變體對水稻以及大麥都不致病。
　　此外，我們首次發(fā)現(xiàn)，MoMET通過調(diào)控附著胞發(fā)育相關(guān)的信號通路，影響稻瘟病菌芽管發(fā)育以及附著胞的形成。實驗結(jié)果表明，ΔMomet突變體以類根出芽的形式形成異常的萌發(fā)管。
　　在本研究中我們還發(fā)現(xiàn)醛脫氫酶突變體對酒精具有專一敏感型，但是，對 ROS、SDS、NaCl和DTT等其它滲透因子表現(xiàn)出中度到較強的適應(yīng)性。
　　對一些廣泛底物醛脫氫酶的研究結(jié)果表明，多數(shù)寬底物醛脫氫酶

7、只影響稻瘟病菌的毒性但是不影響其致病性。但是，其中兩個蛋白（MGG_00719和 MGG_07890）對于稻瘟病菌致病性也具有重要作用，其基因敲除突變體對水稻和大麥都不致病。
　　除此之外，我們通過研究發(fā)現(xiàn)MoPOT敲出突變體的孢子形態(tài)異常而且不具侵染能力。這個結(jié)果表明MoPOT參與稻瘟病病\菌分生孢子形態(tài)建成過程。
　　最后，我們發(fā)現(xiàn)稻瘟病病菌中醛脫氫酶還具有滲透保護劑的功能，大多數(shù)醛脫氫酶缺失突變體具有高發(fā)性的細胞破裂現(xiàn)