拟禾本科根结线虫效应子MgMO237促进线虫寄生的分子机制研究

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拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)是水稻根部最主要的病原物之一,引起的水稻根结线虫病已经对全球特别是亚洲水稻主产区造成了极大影响,损失严重。根结线虫在寄生过程中会通过口针分泌大量效应子,通过影响植物的生长代谢、抑制植物防卫反应为自己创造一个利于寄生的环境完成生长发育。通过基因组学、转录组学和蛋白组学等方法已获得一些效应蛋白,但对效应蛋白如何促进线虫寄生的分子机制研究较少。Mg MO237是拟禾本科根结线虫背食道腺表达具有促进线虫寄生作用的效应子,能与寄主蛋白Os CRRSP55互作。本文通过对Mg MO237转基因水稻转录组进行分析及Os CRRSP55瞬时表达分析,获得水稻中同时受Mg MO237和Os CRRSP55影响的植物生长激素基因,进一步了解Mg MO237促进线虫寄生的分子机制,主要研究结果如下:1.实时荧光定量PCR表明Os CRRSP55在拟禾本科根结线虫侵染7天后的根结中表达显著高于健康水稻根尖处的表达,表达量约提高12倍;GUS染色发现在根结中线虫侵染部位比其它部位的颜色更深,说明线虫能够在根结处诱发Os CRRSP55转录表达。同时实时荧光定量PCR试验也表明Os CRRSP55在根部表达。2.利用高通量测序技术对野生型日本晴水稻(Oryza sativa cv.‘Nipponbare’)和Mg MO237转基因水稻两个株系(OE26、OE61)进行转录表达分析。结果显示:三个株系共获得已知基因数目28624个,占日本晴水稻基因组基因总数的79.91%。其中,野生型水稻表达基因数为26719个,占参考基因组基因总数的74.59%;Mg MO237转基因水稻OE26表达26660个基因,占参考基因组基因总数的74.43%;OE61表达基因个数为26004个,占参考基因组基因总数的72.59%。OE26植株相对野生型植株有1059个基因显著上调,1412个基因显著下调;OE61植株相对野生型植株有740个基因显著上调、2290个基因显著下调;其中OE26和OE61植株相对野生型植株共同上调的基因有33个,共同下调的基因有128个。富集在植物激素信号通路的基因有9个共同下调,1个共同上调,其中发生显著下调的基因包括基因IAA24(Os07g0182400)、IAA20(Os06g0166500)、IAA7(Os02g0228900)、PIL13(Os03g0782500)、b-ZIP TRANSCRIPTION FACTOR 62(Os07g0686100)、ERF87(Os09g0572000)、CYCLIN-D3-1(Os09g0111100)、PR-1a L(Os07g0129300)和PR-1b(Os01g0382000),发生显著上调的基因是TIFY11e(Os10g0391400)。3.通过水杨酸和茉莉酸甲酯处理水稻植株,发现Os CRRSP55转录水平分别显著提高2.52和1.97倍;将Os CRRSP55通过水稻原生质体瞬时表达,发现能够诱导植物激素相关基因PR-1a L表达显著提高21.25倍,ERF87提高3.01倍。4.通过实时荧光定量PCR发现水杨酸处理发芽后14天的野生型日本晴水稻幼苗叶片24小时,相比对照处理,其根部水稻病程相关基因PR-1a L表达显著提高4.71倍,转录因子ERF87显著提高2.03倍;茉莉酸甲酯经过相同处理,基因PR-1a L表达显著提高2.13倍。相对健康水稻根尖,PR-1a L基因在线虫侵染位点表达显著提高5.54倍,ERF87基因在线虫侵染位点表达显著提高5.89倍。综上所述,拟禾本科根结线虫通过分泌效应子蛋白Mg MO237与寄主Os CRRSP55蛋白互作来进一步抑制病程相关基因PR1a-L和转录因子ERF87的转录表达,从而抑制防卫反应促进自身寄生。
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