苹果腐烂病菌VmHMG7基因的分离及功能分析

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苹果腐烂病是我国苹果产业的重大生物灾害,发生普遍,为害严重,Valsa mali var.mali是引起苹果腐烂病的主要病原真菌,深入研究病菌的生长发育及分子致病机制可为病害的科学防控提供理论依据,分离克隆和调控病菌生长发育和致病相关基因,进而研究这些基因的功能,可揭示腐烂病菌生长发育及致病分子机制。本研究以ATMT介导的突变体库中已筛选出的菌落形态、生长和致病性均出现变异的突变体FL550为出发菌株,通过侧翼序列扩增,分离克隆了苹果腐烂病菌HMG(VmHMG7)基因,利用生物信息学方法,从苹果腐烂病菌全基因组数据库中鉴定出HMG-box家族,利用MEGA5软件对基因家族进行了系统进化分析,利用MapDRAW及GSDS方法进行了基因家族成员的结构及染色体定位;利用融合PCR技术将VmHMG7基因上下游片段与及潮霉素筛选标记基因(hygromycin phosphotransferase gene,HPH)构建敲除载体,应用PEG-CaCl2介导原生质体,将敲除载体转化到野生型菌株中,然后经过潮霉素的筛选、PCR扩增和Southern杂交,获得了敲除突变体。将敲除前后菌株的培养学、形态学、生长和致病性等表型进行比较,初步分析了VmHMG7基因的功能,研究结果如下:1.侧翼序列克隆和序列分析显示,突变株FL550是通过ATMT载体的T-DNA插入置换了苹果腐烂病菌8号染色体(CM003105.1)而获得,其替换位点位于碱基2336793到2341108之间,长度共4316bp的序列。被置换的序列包括VM1G07985(VmHMG7)5’端部分序列及其启动子,VM1G07986(KUI72125.1)部分启动子序列和两基因间的非编码区序列。VM1G07985与向日葵茎溃疡病菌(Diaporthe helianthi)的HMG(High Mobility Group-box containing protein)基因的同源性达99%,故将腐烂病菌的该段基因定名为VmHMG7基因,其位于苹果腐烂病菌8号染色体上,DNA全长2327bp,编码631个氨基酸的假定蛋白。07986编码1,3-β-葡聚糖合酶基因。本研究重在对VmHMG7基因及其家族进行了分析。2.全基因组数据分析表明,苹果腐烂病菌共包括8个HMG-box基因,其蛋白编号为VmHMG1(1107bp)、VmHMG2(1509bp)、VmHMG3(300bp)、VmHMG4(897bp)、VmHMG5(1752bp)、VmHMG6(1374bp)、VmHMG7(1893bp)、VmHMG8(606bp),分别位于苹果腐烂病菌13条染色体中的第1、2、3、8、9的5条染色体上,其中2号染色体含有4个(VmHMG2、VmHMG3、VmHMG4、VmHMG5),1、3、8、9号染色体上分别为VmHMG1、VmHMG6、VmHMG7、VmHMG8。分列2个亚家族:HMGB-UBF(VmHMG1、VmHMG2、VmHMG3、VmHMG4)和MATA(VmHMG5、VmHMG6、VmHMG8)。VmHMG7没有明确分析出亚家族。3.基因结构分析表明,VmHMG7基因含有PeptidasesS8S53、Sprt-like(产物为DNA金属肽酶)和HMG-box三个结构域,其氨基酸序列与柄孢霉(Podospora anserina)中同样含Sprt-like、HMG-box的PaHMG7基因(登录号CDP29961.1)比对,相似度达51%。PaHMG7主要影响病菌子实体形成和分布,而对菌落形态没有影响,说明VmHMG7有近似的功能。4.VmHMG7基因敲除菌株的筛选和表型分析显示,本研究共获得2株基因敲除突变体Δ1-5、Δ2-22,敲除效率为2.1%。与野生型菌株相比,VmHMG7基因敲除菌株Δ1-5和Δ2-22菌株菌落形态、病菌子实体大小和产孢作用不明显,但突变菌株平均生长率分别下降了10.8%和19.8%,致病性分别增加了48.5%和56.2%,说明VmHMG7基因的缺失抑制了苹果腐烂病菌的生长,增强了其致病性,对其它性状影响不明显。
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