【摘 要】
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荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii Chen ex Ko et al.)隶属卵菌纲(Oomycetes)、霜疫霉科(Peronophythoraceae),为同宗配合的二倍体病原菌,其导致的荔枝霜疫病是荔枝上所发生的最严重病害。荔枝霜疫霉通过其生活史循环产生不同类型孢子,作为度过不良环境的方式、初侵染源或再侵染体,危害荔枝的嫩梢、嫩叶、花穗和果实,给荔枝生产造成巨大损失。为了
【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.)隶属卵菌纲(Oomycetes)、霜疫霉科(Peronophythoraceae),为同宗配合的二倍体病原菌,其导致的荔枝霜疫病是荔枝上所发生的最严重病害。荔枝霜疫霉通过其生活史循环产生不同类型孢子,作为度过不良环境的方式、初侵染源或再侵染体,危害荔枝的嫩梢、嫩叶、花穗和果实,给荔枝生产造成巨大损失。为了给发展更有效的荔枝霜疫病防治策略及技术提供理论依据,有必要对参与其生活史循环的功能基因进行研究。本研究通过CRISPR-Cas9技术和聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)介导的原生质体转化技术敲除了荔枝霜疫霉的PlRAB5A,再通过转录分析、荧光观察和表型分析等方法对该基因在荔枝霜疫霉上生物学功能进行了系统性研究,主要研究结果如下:1.通过全基因组生物信息学分析在荔枝霜疫霉基因组数据库中筛选到两个RAB5同源基因,命名为Peronophythora litchii RAB5A(PlRAB5A)和Peronophythora litchii RAB5B(PlRAB5B)。通过多序列比对和系统发育分析发现其编码的RAB5A蛋白和RAB5B蛋白在疫霉属中高度保守,同时与酿酒酵母、稻瘟病菌、斑马鱼、拟南芥、水稻和人类等模式生物RAB5基因一起进行多序列比对和系统发育分析,结果表明PlRAB5A蛋白与动物亲缘关系更近而与真菌亲缘关系最远,PlRAB5B蛋白与植物亲缘关系更近。2.采用荧光定量PCR技术相对定量荔枝霜疫霉RAB5A基因在菌丝、孢子囊、游动孢子、休止孢和休止孢萌发共5个发育阶段以及侵染荔枝嫩叶1.5小时、3小时、6小时、12小时和24小时共5个侵染阶段mRNA转录水平,结果表明RAB5A基因在这10个阶段均有mRNA转录,其中在孢子囊阶段转录水平相比其他阶段高,而在休止孢萌发阶段的转录水平低,即RAB5A基因可能在整个荔枝霜疫霉生活史中均行使功能,在孢子囊阶段更加重要,而在休止孢萌发阶段相对较弱。3.为了更好观察RAB5A基因亚细胞定位,我们构建了pTOR::GFP::PlRAB5A基因荧光观察载体,并通过PEG介导转化技术导入荔枝霜疫霉原生质体;经PCR验证和单孢分离,获得了3个荔枝霜疫霉RAB5A基因绿色荧光稳定表达转化子;使用FM4-64染料对转化子进行染色后置于荧光显微镜下观察,发现绿色荧光在菌丝、孢子囊阶段均稳定表达,且红光和绿光基本重叠,表明RAB5A基因在菌丝和孢子囊上定位于囊泡膜和初级内涵体上。4.在PlRAB5A基因序列上通过软件设计2个sgRNA靶点,使用CRISPR/Cas9基因编辑技术对荔枝霜疫霉RAB5A基因进行敲除,成功筛选出2个荔枝霜疫霉RAB5A基因敲除转化子。对敲除转化子进行表型分析发现:2个RAB5A敲除转化子生长速率显著降低;使用荧光增白剂染色后观察菌丝形态异常,出现不规则膨大且菌丝隔膜增多;在无性生殖方面,敲除转化子孢子囊数量无变化,但释放游动孢子数降低,进一步分析发现是由于孢子囊内原生质体无法割裂,进而不能形成游动孢子;此外,敲除转化子休止孢萌发产生的芽管分支增多且无法产生卵孢子;嫩叶接种实验也证实PlRAB5A基因敲除转化子的致病力显著降低。
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