稻瘟病菌糖转运蛋白MoHXT2和MoHXT3的功能研究

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稻瘟病菌是引起水稻稻瘟病对农业生产构成极大的威胁。了解稻瘟病菌的生物学特性、致病机理及其与寄主的互作关系,将对制定新型持久有效的稻瘟病防控策略提供依据。有实验表明,糖转运蛋白在稻瘟病菌的侵染早期出现特异性的表达,目前已知稻瘟菌基因组中存在67个糖转运蛋白,基于进化树分析,本文选取MoHXT2和MoHXT3进行功能分析和研究。首先通过CRISPR Cas9的同源重组修复(HDR)系统,对MoHXT2和MoHXT3基因分别进行敲除,经鉴定获得突变体ΔMohxt2和ΔMohxt3。在表型试验中,将野生型和突变体菌株接种于含不同碳源(葡萄糖,半乳糖,甘露糖,果糖)的CM培养基上,比较它们产生黑色素的能力,观察到ΔMohxt2菌株在4种培养基中均丧失该能力;而ΔMohxt3菌株只在含葡萄糖和甘露糖培养基中丧失合成黑色素能力,在其余两种培养基中表现为黑色素部分减少,暗示着MoHXT2和MoHXT3可能对不同糖的利用效率和亲和力不同。在水稻活体或离体叶片接种试验中,与接种野生菌株A60的叶片相比,ΔMohxt2无病斑形成,ΔMohxt3菌株仅产生微小病斑,说明这2个基因对稻致病力起着关键的作用。通过酵母实验验证MoHXT2与MoHXT3的糖转运功能,将空载p DR-195和重组质粒p DR195-Mohxt2以及p DR195-Mohxt3转入己糖缺陷型的酿酒酵母突变体中,含重组质粒的酵母均能在补充不同碳源的培养基上生长,说明MoHXT2和MoHXT3基因能转运葡萄糖、甘露糖和果糖。爪蟾电生理试验证明MoHXT2和MoHXT3对葡萄糖和甘露糖亲和力最高,对果糖的亲和力较小。基于分子对接分析结果,分别将MoHXT2的Met145,Lys421和Ala89氨基酸进行突变后,在酵母和爪蟾电生理实验中对MoHXT2M145K、MoHXT2K421A和MoHXT2A89R进行功能验证,结果发现Met145位点对糖转运功能起决定性作用,可作为设计杀菌剂的重要靶点。根据转录组的结果,发现ΔMohxt2和ΔMohxt3菌株中参与稻瘟菌代谢过程的部分基因受到显著影响,表明MoHXT2和MoHXT3调节稻瘟菌代谢的生物合成途径,并影响真菌膜的形态发生。MoHXT2的缺失能够影响MoHXT3的表达,相反,MoHXT3的缺失并未影响MoHXT2的表达量变化,说明MoHXT2可能位于MoHXT3的上游。
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