水稻白葉枯病菌Tdrxoo-GacAxoo調(diào)控系統(tǒng)的鑒定及其對(duì)運(yùn)動(dòng)性和毒性調(diào)控功能的分析.pdf

1、水水稻白葉枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,簡(jiǎn)稱Xoo)引起的白葉枯病是世界水稻生產(chǎn)上最嚴(yán)重的細(xì)菌病害之一,也是植物一病原物互作研究的重要模式系統(tǒng)之一.近十年來(lái),對(duì)Xoo致病相關(guān)基因的研究,大大增加了人們對(duì)其致病機(jī)理以及與水稻互作分子基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí).雖然已經(jīng)從Xoo中鑒定出了幾十個(gè)致病相關(guān)基因,但由于Xoo與水稻之間的互作關(guān)系以及致病機(jī)理比較復(fù)雜,許多毒性和無(wú)毒機(jī)制至今仍不清楚,致病相關(guān)基因的表達(dá)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及

2、其機(jī)理尚待闡明.對(duì)Xoo致病調(diào)控機(jī)理的解析,將為發(fā)展新型、有效和可持續(xù)的病害控制策略和方法提供科學(xué)依據(jù).最近公布的Xoo全基因組序列,為全面和系統(tǒng)地開展Xoo基因組學(xué)研究提供了前所未有的機(jī)遇. 為了發(fā)掘Xoo毒性/運(yùn)動(dòng)性及其基因表達(dá)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和途徑,本研究以在植物病原細(xì)菌普遍存在的雙組分調(diào)控系統(tǒng)(TCS)GacS/GacA為靶標(biāo),根據(jù)丁香假單胞番茄致病變種應(yīng)答調(diào)節(jié)因子GacApst基因序列,搜索 Xoo 全基因組序列,鑒別了該基

3、因的同源序列 gacAxoo.設(shè)計(jì)引物gacAF/gacAR,從Xoo基因組中克隆山gacAxoo.序列分析表明,gacAxoo全長(zhǎng) 648 bp,編碼215個(gè)氨基酸,分子量為23.2 kD,pI為6.76.gacAxoo在黃單胞菌中是保守的.GacAxoo與其他GacA一樣,具有LuxR保守結(jié)構(gòu)域.采用標(biāo)記置換方法,構(gòu)建了ΔgacAxoo突變體.ΔgacAxoo對(duì)水稻的致病性、對(duì)非寄主植物煙草的致敏性和胞外酶類產(chǎn)生與野生型菌株相比無(wú)明

4、顯差異,但是其運(yùn)動(dòng)能力明顯減弱.岡此,gacAxoo基因可能參與了Xoo運(yùn)動(dòng)性的調(diào)控. 通過酵母雙雜交(Y2H)技術(shù),以GacAxoo為誘餌蛋白,從Xoo cDNA文庫(kù)中篩選出與gacAxoo發(fā)生互作的基岡,其中一個(gè)與GacAxoo互作的蛋白Tdrxoo具有TonB-Depedent-Receptor (Tdr)結(jié)構(gòu)域.序列分析表明,Tdrxoo由969個(gè)氨基酸組成,1-23個(gè)為信號(hào)肽,55-167個(gè)為plug結(jié)構(gòu)域,608-9

5、69個(gè)為 TonB-Dep-Rec結(jié)構(gòu)域.Tdrxoo與細(xì)菌外膜蛋白同源,具有接收胞外信號(hào)功能的胞外環(huán)和跨膜功能的反向β-折疊桶結(jié)構(gòu).采用插入突變的方法,對(duì)tdrxoo基因進(jìn)行功能分析.與野生型菌株相比,Δtdrxoo致病性喪失,不產(chǎn)生胞外酶和胞外多糖,運(yùn)動(dòng)能力減弱,生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制,但是仍能引起煙草的HR,生物被膜形成能力增強(qiáng).因此,推測(cè)17drxoo可能位于Xoo細(xì)胞外膜,負(fù)責(zé)接受米自植物或環(huán)境信號(hào)的未知信號(hào);tdrxoo的突變可能

6、影響了體外信號(hào)的識(shí)別或營(yíng)養(yǎng)成分(如蔗糖)的轉(zhuǎn)運(yùn). tdr 基因在黃單胞菌中具有結(jié)構(gòu)保守性.在柑桔潰瘍病菌(Xac306)、甘藍(lán)黑腐病菌(Xcc8004和ATCC33913)、辣椒斑點(diǎn)病菌(Xcv85-10)、水稻白葉枯病菌(XooKACC10331)和水稻白葉枯病菌(XooMAFF311018)基囚組中分別存在68、65、64、52、36和36個(gè) tdr 基因.在所分析的226種G<'->細(xì)菌中,tdr 基因分布存在差異,27﹪

7、和細(xì)菌不具有tdr基因,但是15.5﹪的細(xì)菌具有30個(gè)以上的脅基因,這些細(xì)菌絕大部分屬丁α或γ-變形菌綱或者擬桿菌屬.因此,推測(cè)Tdr在這些細(xì)菌中可能具有功能保守性. 總之,在Xoo中存在Tdrxoo/GacAxoo調(diào)控途徑,推測(cè)Tdrxoo是細(xì)胞外膜蛋白,可以識(shí)別胞外環(huán)境中的信號(hào),并將信號(hào)傳遞至胞內(nèi).Tdrxoo參與凋控了Xoo多種生物學(xué)表型的表達(dá),包括致病性、運(yùn)動(dòng)性、胞外多糖產(chǎn)生、胞外酶活性、生物被膜形成和細(xì)菌生長(zhǎng).此外,位