柑橘易感溃疡病基因CsLOB1功能的研究

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柑橘溃疡病是一种分布广泛,破坏严重的柑橘细菌性病害。该病害病原主要通过气孔和微伤口进行侵染,能够侵染多个柑橘品种并造成果实,叶片和茎产生坏死性溃疡病斑,严重影响柑橘品质和产量,给柑橘产业带来巨大经济损失。引起柑橘溃疡病的病原为柑橘黄单胞菌柑橘亚种(Xanthomonas citri ssp.citri,简称Xcc),其III型分泌系统中的转录激活类(Transcription activator-like,TAL)效应因子PthA4被证明对柑橘溃疡病的病斑形成和细菌致病性有重要作用,如将该效应因子敲除会导致病原菌无法在侵染部位形成病斑。PthA4效应因子在进入植物体后会直接靶向调控基因启动子区内的效应因子结合位点(Effector binding elements,EBEs)。当比较叶片接菌Xcc306和PthA4缺失突变体(Xcc306?pthA4)后基因的变化情况发现,PthA4主要通过调控植物细胞壁修改、DNA包装及细胞分裂等基因来诱发植物产生病斑。通过DNA微阵列(Microarray)数据分析和EBEs预测等多种手段,最终发现柑橘侧生器官边界基因(Citrus lateral organ boundaries 1,CsLOB1)可能是PthA4的直接靶向基因,PthA4通过对CsLOB1的调节来调控溃疡病病斑形成。CsLOB1隶属于植物LBD(Lateral organ boundaries domain,LBD)转录因子家族,包含一个侧生器官边界(Lateral organ bourdries,LOB)结构域。通过人工合成激活CsLOB1的TAL效应因子试验发现,该效应因子能够对Xcc306?pthA4接菌后的表型进行互补。基于研究理论和实验基础,本论文主要对CsLOB1的基因功能进行挖掘,以期能够揭开CsLOB1在柑橘溃疡病菌致病过程中的基因功能,主要结果如下所示:1.PthA4基因调控基因的验证为验证Microarray研究成果的可靠性,通过实时定量RT-PCR对PthA4调控基因的表达变化进行检测。结果发现,实时定量RT-PCR结果与Microarray结果中表达趋势相似,通过线性回归计算两组数据的相关性发现R2明显大于预测阈值0.89,证明microarray数据可靠。2.CsLOB1所属LBD家族基因的分析为分析CsLOB1所在LBD基因家族的分子生物学特性,本文对甜橙基因组数据库进行筛选,共发现36个LBD家族基因。功能区段分析发现CsLOB1含有典型的LOB结构域:第一个功能区段为四个间隔的特异半胱氨酸残基功能区段(Cysteine residue Block,C Block)区段,其固定的蛋白编码特征为CX2CX6CX3C(X为任意氨基酸);第二个功能区段为甘氨酸-丙氨酸-丝氨酸功能区段(Glycine-Alanine-Serine Block,GAS block),第三个区段为亮氨酸拉链样卷曲螺旋基序LX6LX3LX6L(X为任意氨基酸)。3.CsLOB1在植物不同组织内的表达模式鉴定CsLOB1在柑橘体内不同部位的表达情况,本章对开花期瓦伦西亚甜橙(Citrus sinensis)的根、茎、叶和花器官内CsLOB1的基因表达水平进行实时定量RT-PCR检测。结果发现,CsLOB1在叶片和茎部的表达含量较高,但在根部较低,在花内表达量最低。4.CsLOB1的亚细胞定位分析为检测CsLOB1在柑橘细胞内的亚细胞定位情况,本章构建了35S:EYFP-CsLOB1载体并瞬转入柑橘原生质体内进行显微定位。结果显示,代表CsLOB1的强化黄色荧光蛋白绿色荧光信号和核定位染料DAPI信号位置重叠,说明CsLOB1的表达定位在细胞核。将构建载体和核定位载体mCherry-NLS共同瞬转入原生质体后发现,绿色萤光信号和核定位红色萤光信号也表现重叠状态,证明了CsLOB1的亚细胞定位为细胞核。5.CsLOB1基因影响植物的生长和发育为验证CsLOB1在柑橘内基因功能,基于柑橘衰退病毒诱导的基因沉默载体,在阿莱檬(Citrus macrophylla Wester)上构建了抑制CsLOB1基因表达的病毒介导的基因沉默(Virus induced gene silencing,简称VIGS)植株。结果显示VIGS柑橘多个生长发育指标比对照组慢,预测CsLOB1调控了柑橘的生长和发育。同时在VIGS叶片上接种5x104cfu/mL浓度Xcc306后表现一定抗性。6.异源过量表达CsLOB1基因可诱发肥大脓疱表型为建立柑橘溃疡病表型与CsLOB1表达的关系,运用地塞米松(Dexamethones,简称DEX)诱导的方法构建了包含糖皮质激素受体的诱导型异源表达CsLOB1的邓肯葡萄柚(Citrus paradisi Macf.)转基因植物。结果显示DEX处理诱导后转基因植物的叶片有脓疱形成,而在DEX处理的野生型植物和未做DEX处理的转基因植物上并未发现。7.CsLOB1能够恢复Xcc306?pthA4接菌后水渍状表型为验证CsLOB1是柑橘溃疡病菌在植物体内的直接感病基因,本章在异源表达CsLOB1转基因植株叶片上接菌Xcc306?pthA4 24h后用100μM DEX处理,接菌7d后可在接菌区域观察到柑橘溃疡病典型的水渍状,但单独表达CsLOB1所产生的脓疱表形时并不存在水渍状。8.CsLOB1能够激活PthA4诱导基因的表达为检测异源表达CsLOB1能否激活Microarray中PthA4诱导的基因,本章对PthA4诱导基因进行引物设计,运用实时定量RT-PCR检测DEX诱导后转基因材料内基因的表达情况。结果发现12个由PthA4诱导的基因被CsLOB1明显的调控表达,这些基因主要涉及细胞壁相关基因。
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