水稻细菌性条斑病菌中受DSF调控的鞭毛基因和天冬酰胺合成酶基因的功能分析

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水稻黄单胞菌包含两个致病变种Xanthomonasorzaepv.oryzae(Xoo)和X.oiyzaepv.oryzicola(Xoc),在水稻上分别引起白叶枯病和细菌性条斑病。为了阐明可扩散性信号分子(diffusible signal factor,DSF)调控的两个鞭毛基因flgD和flgE以及天冬酰胺合成酶基因(asparagine synthetase B,asnB)对水稻细菌性条斑病菌Rs105在致病性等方面的影响。在本研究中,我们克隆了flgD、flgE和asnB基因,并对其进行序列分析。用同源重组的方法构建相应基因的缺失突变株,明确了这三个基因对水稻细菌性条斑病菌在运动性,致病性和生长能力等方面的影响,以此来推知基因的功能;并进一步证明了DSF通过调控flgD、flgE和asnB基因得表达,从而影响条斑病菌的致病性等表型。为深入认识DSF对细菌性条斑病菌相关基因的调控提供了科学依据。
  (一)采用PCR的方法从Rs105基因组中克隆到flgD和flgE基因,并证实这两个基因在基因组中均为单拷贝。用同源重组法构建缺失突变体,测定突变体及其互补菌株的菌体形态、运动性、致病性及过敏性反应等表型,用反转录PCR(RT-PCR)的方法验证Rs105和Δrp.fF(rpfF基因的缺失突变体,不产生DSF)中flgD、flgE表达量的差异。PCR和Southern杂交结果显示,flgD、flgE基因被成功敲除。与野生型相比,突变体的鞭毛产生能力丧失,游动性和趋化性能力减弱,接种水稻叶片显示其致病性部分减弱,基因互补可使其恢复。生长能力和对烟草叶片的致敏性无明显改变。RT-PCR结果显示,flgD、flgE基因在ΔrpfF中的转录水平明显降低。这表明:FlgD、FlgE是水稻细菌性条斑病菌鞭毛形成所必需的因子;进一步证明了DSF通过调控flgD、flgE基因表达,从而影响条斑病菌的致病性等表型。
  (二)从Rs105基因组中克隆到asnB基因,并证实这个基因在基因组中为单拷贝。用同源重组法构建缺失突变体,测定突变体及其互补菌株的菌体形态、运动性、致病性和过敏性反应、在水稻叶片中的繁殖能力以及在添加不同氮源的MMX基本培养基里的生长能力等表型,用反转录PCR(RT-PCR)的方法验证Rs105和ΔrpfF(rpfF基因的缺失突变体,不产生DSF)中asnB表达量的差异。PCR和Southern杂交结果显示,asnB基因被成功敲除。与野生型相比,突变体接种水稻叶片显示其致病性基本丧失,基因互补可使其恢复。asnB基因的缺失严重影响了细菌性条斑病菌的生长,添加外源天冬酰胺可使其生长情况恢复。鞭毛产生能力,游动性和趋化性能力,降解胞外蛋白酶、纤维素酶的能力以及对烟草叶片的致敏性等无明显改变。RT-PCR结果显示,asnB基因在ΔrpfF中的转录水平明显降低。试验表明:asnB基因是细菌性条斑病菌正常生长所必需的,其突变可使细菌丧失致病性;进一步证明了DSF通过调控asnB基因表达,从而影响条斑病菌的致病性等表型。
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