水稻基腐病菌HrpX/HrpY在致病性中的功能分析

【目的】由Dickeya zeae引起的水稻基腐病是水稻上重要细菌病害之一,迄今对该病原细菌的致病性调控研究尚不完善。论文旨在分析水稻基腐病菌(Dickeya zeae)双组分调控系统HrpX/HrpY的序列特征,研究该系统在水稻基腐细菌中的功能作用以及与下游基因的调控关系。【方法】对HrpX/HrpY序列进行生物信息学分析,构建带有反向筛选标记基因scaB的自杀重组质粒pKNG-ΔhrpX和pKNG-ΔhrpY,通过三亲转化方法分别将重组质粒导入野生型菌株EC1中,通过2次等位基因同源重组筛选获得基因缺失突变体ΔhrpX和ΔhrpY;比较突变体与野生菌的生长速率、胞外酶活性、毒素活性、运动性、菌膜形成能力,以及对水稻的致病性和对烟草的过敏性反应(HR);进一步提取细菌总RNA,采用实时荧光定量PCR研究HrpX/HrpY双组分系统对下游基因表达量的影响。【结果】水稻基腐病菌EC1基因组中,hrpX和hrpY均为单拷贝,hrpX编码区长1 473 bp,编码490个氨基酸,hrpY长642 bp,编码213个氨基酸,hrpX和hrpY两者之间相隔32 bp,具有相同的转录方向,在功能上具有相关性。其中,HrpX是一个结合在膜上的组氨酸蛋白激酶,HrpY是存在细胞质中的效应调节蛋白,HrpX/HrpY两者构成双组分系统,并对下游hrp基因的表达具有调控作用。进一步通过遗传操作手段,成功构建了基因缺失突变体ΔhrpX和ΔhrpY,表型测定结果表明,突变体ΔhrpX和ΔhrpY的运动性减弱、菌膜形成能力降低、对水稻种子萌发的抑制作用减弱,且降低了对水稻的致病力,但ΔhrpX和ΔhrpY的生长速率、胞外酶和毒素的活性变化不明显,也不影响其在烟草上的HR。实时荧光定量PCR结果显示,突变体菌株ΔhrpX和ΔhrpY相对野生菌EC1表达量明显下降的基因有hrpA、hrpF和hrpN,而对毒素合成基因zmsA表达量的差异不明显,HrpX/HrpY双组分系统对hrp基因簇中大部分下游基因都有正调控作用,且HrpY的调控作用更加明显。【结论】HrpX/HrpY是水稻基腐病细菌中的一个双组分系统,调节病原细菌的运动性、菌膜的形成和病菌的致病力,正向调控一些下游hrp基因的表达。

一个可用于鉴定野油菜黄单胞菌正向调控hrpX基因的报告质粒的构建

过敏性反应与致病性基因(hrp)所编码的Ⅲ型分泌系统(T3SS)是植物病原细菌的决定性致病因子。在黄单胞菌属中,HrpG是目前已知的hrp基因表达的最高层面的调节蛋白,至今尚未鉴定到野油菜黄单胞菌调控hrpG表达的基因。本研究利用hrpX启动子和蔗糖敏感型sacB基因构建了hrpX表达报告质粒。实验结果表明该报告质粒可用于筛选鉴定正向调控野油菜黄单胞菌hrpX表达的基因。该报告质粒的构建,为研究hrp基因表达调控机制,揭示植物病原细菌的致病机制提供了有效的材料。

木薯细菌性枯萎病菌hrpG和hrpX基因的克隆和初步分析

根据黄单胞类病原菌hrpG和hrpX基因序列,设计简并引物,通过PCR扩增从我国木薯细菌性枯萎病菌中克隆到这2个基因。结果表明:10个菌株的hrpG基因编码区长度均为792 nt,编码263个氨基酸,相互之间最多有4个碱基和1个氨基酸的差异;而hrpX基因编码区长度均为1 431 nt,编码476个氨基酸,相互之间最多有4个碱基和3个氨基酸的差异。所获hrpG基因序列和辣椒斑点病菌等黄单胞菌同源基因相似性最高,核苷酸序列为95%,氨基酸序列为96%。所获hrpX基因核苷酸序列和辣椒斑点病菌等的相似性最高,为97%,而氨基酸序列和柑橘溃疡病菌等同源基因相似性最高,为99%。这2个基因的聚类分析结果表明,木薯细菌性枯萎病菌和豆褐色黄单胞菌、柑橘溃疡病菌和甘蓝黑腐病菌的亲缘关系最近。

十字花科黑腐病菌Ⅲ型效应物基因avrAC_(Xcc8004)推测的启动子区

【目的】十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc),能侵染所有十字花科植物,引起黑腐病。Xcc通过III型分泌系统(Type III Secretion System,T3SS)将III型效应物(T3SS effector,T3SE)蛋白直接转运到植物细胞内,T3SEs对于病原菌致病性至关重要。许多已鉴定的T3SEs基因的启动子区都存在植物诱导启动子盒(Plant-inducible promoter,PIP-box)和-10 box,但PIP-box及-10 box与经典的启动子-10区及-35区之间的关系如何未见报道,-10 box的序列保守性如何也未见报道。本研究旨在对T3SE基因avrAC Xcc8004推测的启动子区进行研究。【方法】首先,通过5'RACE确定其转录起始位点,接着用Fusion PCR对-10 box TACGTT序列中倒数第二个碱基T进行点突变为A/C/G,即:TACGAT、TACGCT和TACGGT,构建GUS融合报告菌株,定量测定GUS酶活。【结果】5'RACE结果显示avrAC Xcc8004的转录起始位点为A,对比分析得到启动子的-35区位于PIP-box之后8 bp处,而-10区与-10 box重叠;avrAC Xcc8004启动子区的PIP-box和-35区、-10 box的整个模体为:TTCAC-N15-TTCGC-N8-TTGATG-N18-TACGTT。最后,GUS定量测定结果表明,突变为C时(TACGCT)的菌株的GUS酶活最高,突变为G时(TACGGT)的酶活增高最少。在ΔhrpX和ΔhrpG中的GUS酶活均比在Xcc 8004中有显著的降低。【结论】Xcc的T3SE基因PIP-box与-35区前后相衔,-10 box即-10区,-10 box对于avrAC Xcc8004的转录活性有较大的影响,-10 box突变前后avrAC Xcc8004均受HrpG和HrpX正向调控。

十字花科黑腐病菌一个新的Ⅲ型效应物XC3176的鉴定

【目的】在十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)的致病因子中,III型分泌系统(Type III Secretion System,T3SS)是至关重要的致病系统,III型效应物通过III型分泌系统直接转运到寄主植物细胞内。本研究通过效应物水平转移的特征获得候选基因,旨在鉴定一个新的依赖于III型分泌的效应物。【方法】以缺失了N-端58个氨基酸的Avr Bs1作为报告系统构建效应物鉴定报告质粒p LJB3176,导入Δavr Bs1和Δhrc V,通过检测报告菌株在辣椒ECW-10R上的过敏反应来鉴定XC3176是否为III型效应物。构建XC3176融合GUS报告质粒p LGUS3176,导入野生菌株Xcc 8004、Δhrp G和Δhrp X,通过测定菌株GUS活性检测hrp G、hrp X对XC3176的调控作用。构建XC3176缺失突变体和互补菌株,通过剪叶法接种检测XC3176对Xcc 8004致病性的影响。【结果】XC3176融合Avr Bs1报告菌株在非寄主辣椒ECW-10R上能引发过敏反应,GUS活性检测显示Δhrp G/p LGUS3176、Δhrp X/p LGUS3176比8004/p LGUS3176的GUS酶活显著降低,致病性检测显示突变体Δ3176与野生型Xcc 8004相比在寄主满身红萝卜上的病斑长度有显著减少,互补菌株C3176的病斑长度能补回到野生型水平。【结论】XC3176是依赖于hrc V分泌的III型效应物,hrp G、hrp X正调控XC3176,XC3176与Xcc致病相关。