象耳豆根结线虫效应蛋白基因Me-cm-1的克隆及RNAi效应研究

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象耳豆根结线虫(Meloidogyne enterolobii)是我国华南热带地区果蔬生产上的一种主要病原根结线虫,能够在携带Mi、N和Rk等抗线虫基因的蔬菜栽培品种上寄生繁殖,具有极强的致病力,对多种农作物的产量和质量造成严重影响。效应蛋白(Effectors)是具有操控寄主防御免疫反应、增强病原物在寄主体内侵染的一类蛋白质,可通过改变寄主细胞结构、抵抗寄主防御反应、操纵寄主基因表达等作用方式,使植物向有利于病原物寄生的方向生长分化,进而控制病原物的寄生过程。因此,通过鉴定象耳豆根结线虫中的效应蛋白并探究其功能机制,可为深入了解象耳豆根结线虫的分子致病机理提供理论依据。本研究对象耳豆根结线虫二龄幼虫转录组数据库进行生物信息学分析,在象耳豆根结线虫基因组中成功克隆了1个分支酸变位酶(Chorismate mutase)编码基因Me-cm-1,并进一步结合原位杂交、荧光定量PCR和RNAi干扰等分子生物学技术,分析了Me-cm-1基因的时空表达特征及其在寄生致病过程中的生物学功能。象耳豆根结线虫Me-cm-1基因的c DNA全长为576 bp,预测编码含191个氨基酸的蛋白质,分子量大小为22.1 k Da。多序列比对结果表明,Me-CM-1蛋白与南方根结线虫中的分支酸变位酶Mi-CM-1和Mi-CM-2的一致性分别为89%和87%,与爪哇根结线虫Mj-CM和花生根结线虫Ma-CM-2的一致性均为88%,表明分支酸变位酶在根结线虫中保守存在。原位杂交结果显示Me-cm-1在象耳豆根结线虫二龄幼虫的亚腹食道腺细胞特异表达,且Me-CM-1蛋白序列氨基端具有信号肽序列,表明Me-CM-1是一种典型的效应蛋白,能够在线虫寄生过程中通过口针分泌到寄主植物体内起作用。荧光定量PCR结果表明Me-cm-1基因在二龄幼虫时期的相对表达量最高,而三龄/四龄时期以及雌成虫期表达量呈下降趋势,卵期表达量最低,推测Me-cm-1主要在象耳豆根结线虫寄生早期阶段起作用。利用离体RNAi浸泡法(in vitro RNAi)和病毒介导的活体RNAi干扰技术(in vivo RNAi),对象耳豆根结线虫的Me-cm-1基因进行了诱导沉默。与Me-cm-1基因正常表达的二龄幼虫相比,Me-cm-1基因下调表达可使二龄幼虫对烟草侵染活力下降约70%,同时接种后寄主植物形成的根结数量和产卵数量均有明显下降。进一步利用石蜡切片观察巨型细胞结构发现,Me-cm-1沉默后诱导形成的巨型细胞与对照相比在体积大小上无明显变化,但是使取食位点巨型细胞的形成数量减少。以上研究结果表明,Me-CM-1在象耳豆根结线虫的寄生致病过程中扮演了关键的角色,推测其主要在线虫早期寄生阶段发挥作用,并通过影响寄主植物取食位点处巨型细胞的形成过程,进而提高线虫的寄生能力。
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