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玉米纹枯病是世界范围内玉米产区广泛发生的土传性病害,严重影响世界各国的玉米生产,造成巨大的经济损失,其主要病原菌是立枯丝核菌(Rhizoctonia solani Kuhn)。立枯丝核菌属丝核菌属,该属真菌寄主范围十分广泛,能侵染水稻、玉米、大豆、大麦、小麦43科263种植物,引起纹枯、立枯等症状。
果胶是植物细胞初生壁中间层结构的主要成分,它与纤维素、半纤维素一起构成一个阻挡外界的坚韧屏障。植物病原真菌和细菌都能产生许多降解植物细胞壁成分的降解酶类,这些酶类成为植物病原真菌和细菌穿透植物细胞壁并在植物细胞内和细胞之间蔓延的主要的致病因子。多聚半乳糖醛酸酶是降解植物细胞壁果胶的主要酶之一,在植物病原真菌的致病性中起着重要的作用。
本研究以立枯丝核菌(R.solani Kuhn)AG1-IA为研究对象,分离该菌产生的内切多聚半乳糖醛酸酶的编码基因,将该编码基因导入巴斯德毕赤酵母中,构建出高效表达该基因的生物工程菌株,将纯化的目的蛋白接种玉米叶片,从基因和蛋白质水平上探索玉米纹枯病菌重要的致病因素。
根据真菌内切多聚半乳糖醛酸酶的同源保守序列设计简并引物,通过RT-PCR、快速扩增cDNA末端(RACE)及TAIL-PCR的方法克隆了立枯丝核菌AG1-IA内切多聚半乳糖醛酸酶的编码基因endo-PG1,全长cDNA为1095bp,包含一个由364个氨基酸组成的开放阅读框,随后提取立枯丝核菌AG1-IA的基因组DNA,克隆了endo-PG1的DNA序列,该序列包含五个内含子区域。该基因已在GenBank中注册,登录号为FJ544455,DNA序列的登陆号为FJ544456。
endo-PG1基因和酵母分泌型表达载体pPIC9K用EcoR I和Not I双酶切后体外连接,构建酵母重组表达载体pPIC9K/pg1并测序,保证正确的阅读框。将重组表达质粒pPIC9K/pg1和pPIC9K空质粒分别用限制性内切酶Sal I(位于HIS4区域内)线性化后,采用电击法转化Pichia pastorisGS115酵母感受态细胞,于MD/MM平板上筛选His+Mut+表型的酵母转化子。经过PCR检测及G418抗性筛选多拷贝整合子,进行甲醇诱导培养。通过检测各转化子每隔24h的蛋白表达情况来筛选高效表达目的蛋白的工程菌株。筛选到表达酶活性最高的菌株GS-endoPG-49,甲醇诱导6d酶活性达到最高。纯化真核表达的目的蛋白接种4-6叶期玉米叶片,设pH10.0的甘氨酸-氢氧化钠缓冲液为对照。24h后目的蛋白接种的叶片部位出现梭形水浸状病斑,72h后病斑变枯;叶片的对照接种部位没有出现明显的病斑,这表明endo-PG1可能是编码立枯丝核菌(R.solani Kuhn)AG1-IA多聚半乳糖醛酸酶基因家族中的致病基因之一。