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水稻细菌性条斑病菌(简称水稻条斑病菌)(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)是稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)种下的致病变种之一,从水稻的气孔和伤口侵入,产生水稻细菌性条斑病(Bacterial Leaf Streak,BLS),是水稻上重要的细菌病害。同其他的革兰氏阴性植物病原细菌一样,水稻条斑病菌也含有保守的hrp(hypersensitive response and pathogenicity)基因簇,决定其在非寄主植物上的过敏反应(hypersensitive response,HR)和在感病寄主上的致病性(pathogenicity)。细菌与水稻互作时,通过由hrp基因簇编码组装形成Ⅲ型泌出系统(TypeⅢ Secretion System,T3SS),将各类效应蛋白注入植物细胞中从而导致植物产生抗(感)病性。
水稻条斑病菌的hrp基因簇包含27个基因,除由调节因子HrpG和HrpX进行调控外,新发现的HrpD6蛋白也参与调控过程,它对hpa2、hpal、hrcC、hrcT和hpaB具有调控作用。有关HrpD6如何与HrpX协同性或独立性地调控上述基因,机理尚不清楚。
上述五个基因中,hpaB基因所在的hrpD操纵单元除hpaB外,其他基因均不受HrpD6调控,推测hpaB还存在另外的启动子。为了明确hpaB基因的启动子,本研究以水稻条斑病菌野生型菌株RS105为出发菌株,通过功能互补hpaB基因突变菌株R△hpaB,发现hpaB基因除了其所在的hrpD操纵单元的启动子(DoB),毗邻hpaB基因上游的一段区域(upB)也具有启动子活性,参与hpaB基因毒性功能的发挥,暗示可能upB启动子可能参与HrpD6对hpaB的调控。
为了研究HrpD6对上述基因的调控是否通过直接的蛋白与DNA结合的方式实验,我们用酵母单杂交进行初筛,结果显示HrpD6对hpal和hpa2基因的启动子具有结合活性,但不能结合hpaB基因的启动子,进一步的凝胶滞阻实验证实HrpD6能结合hpal和hpa2基因的启动子中的PIP-box序列。这说明HrpD6对hpal和hpa2的调控是一种直接的作用,而对hpaB则是一种间接的调控。
既然HrpD6与HrpX存在相似的调控特征,为了查明两者的关系,进行了酵母双杂交,结果表明HrpD6与HrpX并不存在互作关系,随后的EMSA揭示二者存在竞争关系。为了检测HrpD6与HrpX对基因的调控过程是否完全相同,选择hpal基因的PIP-box,截短后进行EMSA,结果发现HrpD6可结合PIP-box两侧TTCGC基序及其Nx序列,而HrpX不能结合Nx;分析Nx序列发现受HrpD6调控的基因中多存在类似TTCGC或其互补序列AAGCG,据此规律我们对已报道的受HrpX调节的基因的Nx进行分析,然后通过RT-PCR检测,最终获得两个Nx中含有类似TTCGC(AAGCG)的基因受HrpD6调控。以上研究结果为进一步揭示稻黄单胞菌致病机理和调控网络,及进一步发掘HrpD6调控因子提供线索。
水稻条斑病菌的HrpX能够调节hrp基因的表达,而在被调节的因子启动子区域一般含有PIP-box。因此PIP-box可以作为一个有效的筛选标记从大量的基因组数据中获得HrpX调节子。基因组信息提示,水稻条斑病菌的很多基因在启动子区域都含有完整或不完整的PIP-box。因此为了从水稻条斑病菌中获得更多受HrpX调节的基因,本研究选取5个候选因子(hrpB1、avrBs2、ecpA、kgtP和Z1234)借助启动子-gfp融合表达方法,导入水稻条斑病菌hrpX基因突变体中,与水稻悬浮细胞互作后观察荧光有无或强弱,建立了筛选HrpX调节子的体系,同时也提示某些含有不完整PIP-box的因子如kgtP和Z1234也是HrpX调节子,这为新的Ⅲ型效应分子的发掘提供依据。