【摘 要】
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荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii Chen ex Ko et al.)是半活体营养型卵菌,其引起的荔枝霜疫病是威胁我国荔枝生产最严重的病害之一。荔枝霜疫霉全基因组测序和转录组测序的完成,以及遗传转化体系的逐步建立为从分子水平上对其致病机制进行研究提供了便利。本论文基于反向遗传学的策略,利用CRISPR/Cas9技术对荔枝霜疫霉菌细胞色素b5超家族基因PlCytb5-1进行敲
【基金项目】
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国家荔枝龙眼产业技术体系(CARS-32);
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荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii Chen ex Ko et al.)是半活体营养型卵菌,其引起的荔枝霜疫病是威胁我国荔枝生产最严重的病害之一。荔枝霜疫霉全基因组测序和转录组测序的完成,以及遗传转化体系的逐步建立为从分子水平上对其致病机制进行研究提供了便利。本论文基于反向遗传学的策略,利用CRISPR/Cas9技术对荔枝霜疫霉菌细胞色素b5超家族基因PlCytb5-1进行敲除,再通过系统的比较该基因突变体与野生型的差异解析了该基因的功能,主要研究结果如下:1.对荔枝霜疫霉全基因组数据库进行分析,结合转录组测序结果,筛选获得一个侵染初期高表达的细胞色素b5超家族基因,将其命名为Peronophythora litchii Cytb5-1(PlCytb5-1)。PlCytb5-1蛋白与致病疫霉(Phytophthora infestans)、白锈菌(Albugo candida)、瓜果腐霉(Pythium aphanidermatum)等卵菌同源蛋白进行序列比对,连同粳稻(Oryza sativa)、大麦坚黑粉菌(Ustilago hordei)等植物和真菌的同源蛋白进行系统发育分析,结果表明PlCytb5-1同源蛋白存在于卵菌、真菌、植物中;且在卵菌中高度保守,尤其是Cytb5 superfamily结构域。2.采用实时荧光定量RT-PCR技术对荔枝霜疫霉PlCytb5-1基因在不同生长发育时期与侵染阶段的转录水平进行了分析,结果显示PlCytb5-1在游动孢子阶段、游动孢子休止阶段、休止孢萌发阶段以及侵染前期(侵染1.5 h和3 h)的转录水平是菌丝阶段的10-20倍,表明PlCytb5-1基因可能在侵染前期发挥着重要的作用。3.通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得3个PlCytb5-1基因敲除突变体,随后对突变体进行了菌丝生长速率、孢子囊产量、游动孢子释放与休止孢萌发、卵孢子产量等测定试验。结果显示:3个△plcytb5-1突变体菌丝生长速率较野生型WT显著减慢;外源添加β-谷甾醇对野生型菌丝生长促进率较△plcytb5-1突变体高。此外PlCytb5-1的敲除不影响孢子囊产量、游动孢子释放与休止孢萌发、卵孢子大小及产量。表明PlCytb5-1影响荔枝霜疫霉的菌丝生长速率,并且可能与病原菌对外源甾醇的利用相关。4.对△plcytb5-1突变体进行细胞壁胁迫、高渗胁迫以及过氧化物胁迫测定,结果显示,△plcytb5-1突变体对十二烷基硫酸钠和山梨醇的耐受性较野生型显著提高,而对刚果红、荧光增白剂、氯化钠、氯化钙以及过氧化氢的耐受性较野生型显著下降。活性氧在植物防卫反应中扮演着十分重要的角色,进一步试验发现PlCytb5-1转录水平在过氧化氢处理15 min后显著上调表达,说明PlCytb5-1通过表达量的提高参与荔枝霜疫霉氧化胁迫应答过程。5.为分析PlCytb5-1调节荔枝霜疫霉对过氧化氢敏感性的作用机制,本试验进一步对△plcytb5-1突变体中过氧化物酶和细胞色素P450基因的转录水平进行检测,发现过氧化物酶Pl101341,Pl110273,Pl100432和P450基因Pl103820,Pl103856,Pl112304,Pl113076的转录水平显著降低。因此,PlCytb5-1基因可能通过调控荔枝霜疫霉过氧化物酶和细胞色素P450基因的转录,进而在荔枝霜疫霉抵抗植物活性氧积累发挥着重要的作用。6.对PlCytb5-1基因敲除突变体和过表达转化子分别进行了致病力测定,结果显示△plcytb5-1突变体致病力较野生型显著减弱;而过表达2-4倍的转化子致病力较野生型无显著差异。表明PlCytb5-1与荔枝霜疫霉的致病力相关,且可能存在PlCytb5-1表达量动态平衡调控机制。
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