玉米小斑病菌突变体库的构建和致病相关基因的克隆

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玉米小斑病是我国玉米生产上危害最严重的病害之一,由玉米小斑病菌(Cochliobolus heterostrophus)引起,一般导致玉米减产15%-20%,严重时减产50%以上,最严重时颗粒无收。为了揭示玉米小斑病菌的致病机理,本课题利用农杆菌介导的遗传转化法(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT)构建了玉米小斑病菌野生型菌株TM17的T-DNA插入突变体库,共获得突变菌株5000株。对其中1032株突变体进行致病力检测,筛选到2株对玉米自交系K22表现致病力减弱的突变株,分别是PT180和PT382。通过高效热不对称交错PCR(High efficient thermal asymmetric interlaced PCR,HiTAIL-PCR)的方法鉴定了突变基因,并分析突变基因的结构域。其中PT180突变基因编码的蛋白含三个锌指蛋白结构域和一个蛋白环化结构域,PT382突变基因编码的蛋白含一个金属蛋白酶的核心功能域和一个植物凝集素结构域。为进一步验证基因的功能,通过同源重组的方法得到两个基因的缺失突变体分别是T180#3、T180#8和T382#5、T382#7。经表型鉴定这两个基因的缺失突变体对玉米自交系B73的致病力明显弱于TM17,与T-DNA插入突变体的致病力表型一致。由此证明:这两个基因是致病相关基因。分析突变体的菌落,孢子形态,萌发率以及附着胞生成率,发现PT180及其基因敲除突变体的孢子长于TM17,菌落形态和孢子的萌发率与TM17相同,附着胞的生成率显著低于TM17附着胞的生成率。附着胞可以在植物细胞的表面形成压力,在顶端生成侵入钉进入细胞,是病原菌进入植物细胞的重要手段。所以PT180的突变基因很有可能影响了玉米小斑病菌附着胞的生成,进而影响了玉米小斑病菌的致病性。PT382及其基因敲除突变体的孢子短于TM17,菌落形态、分生孢子的萌发率、附着胞的生成率与TM17相同,但是当用H2O2处理PT382突变体分生孢子时,分生孢子的萌发率低于TM17,说明PT382的突变基因很有可能与活性氧的耐受性有关。本课题通过构建玉米小斑病菌的突变体库,筛选到2株的致病力减弱突变体并鉴定和克隆了致病相关基因,为进一步探索玉米小斑病菌的致病机理奠定基础。
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