草莓果生炭疽菌LysM效应子CfLysM2的致病功能分析

果生炭疽菌Colletotrichum fructicola侵染引起的草莓炭疽病是草莓生产中的重要病害。前期研究发现一个在果生炭疽菌侵染阶段高表达的含LysM结构域的候选效应子CfLysM2。为进一步研究CfLysM2的致病功能,运用同源重组方法构建CfLysM2缺失突变株ΔCfLysM2和回补菌株CfLysM2c。致病力测定结果表明,接种后15 d,ΔCfLysM2接种的草莓叶片病情指数显著下降。荧光定量PCR分析表明CfLysM2基因在果生炭疽菌接种草莓叶片后24 h相对表达量最高。利用转录组技术对野生型菌株(wild-type strain,WT)和ΔCfLysM2接种后24 h的草莓叶片样品进行比较分析,获得差异表达基因109个。CfLysM2的缺失导致宿主代谢途径尤其是次生代谢物生物合成通路的激活,说明CfLysM2可能在果生炭疽菌侵染草莓过程中通过靶向黄酮醇合成酶等代谢相关基因,抑制植物次生代谢产物合成及其介导的抗真菌免疫,保证其顺利侵染。该研究为揭示CfLysM2机理及对果生炭疽菌和草莓互作研究奠定了理论基础。

LysM结构域及其与植物-真菌相互作用的关系

在长期的进化过程中,植物与真菌之间形成了复杂而又紧密的联系,其中最主要的就是侵染与防御的关系。植物的抗病性由于涉及农作物、林木的生长与产量,逐渐成为研究热点。在植物免疫系统中,对病原真菌的识别是一个重要环节。目前认为在这一过程中,LysM结构域起到了极为关键的作用。植物细胞膜上有含LysM结构域的识别受体,该受体可以结合真菌细胞壁上的几丁质,并将信号传递到胞内,从而启动免疫反应。在真菌中,同样具有含LysM结构域的基因,主要是一类效应因子。它们可能参与真菌在侵染过程中的"伪装",以逃避植物的识别。该文以LysM结构域在植物-真菌相互作用中扮演的角色为着眼点,讨论有关研究的意义与趋势,并对如何利用LysM结构域的相关研究进行有效的抗病育种提出了新的设想。

水稻LysM结构域包含基因OsEMSA1的克隆及过表达株系构建

LysM结构域包含蛋白(lysM domain containing protein)为植物中公认的病原菌信号受体蛋白。本研究在水稻雌性不育基因FST遗传调控网中筛选获得一个关键靶基因,暂命名为OsEMSA1,该基因编码包含一个LysM结构域的未知功能蛋白质。蛋白质序列分析表明,OsEMSA1蛋白N端包含一个信号肽序列,具备跨膜结构,LysM结构域位于蛋白C端,为胞外结构。启动子顺式作用元件分析表明,光响应元件、激素应答元件、生长调节元件在OsEMSA1启动子区有很高的分布。电子表达谱分析表明,OsEMSA1基因在野生型水稻日本晴多组织中均有不同程度的表达,而根中和开花前的胚囊中表达量相对较高,可能参与调控水稻根和雌配子发育,同时逆境胁迫、激素信号以及病菌侵害也能不同程度的诱导OsEMSA1基因的表达。基因共表达分析显示,OsEMSA1基因与激素信号传导响应、逆境胁迫应答以及抵御真菌病害的基因存在互作。本研究成功构建了由OsEMSA1基因自身启动子驱动的过表达转基因水稻株系,为进一步分析OsEMSA1基因功能奠定了实验基础,并为发掘LysM结构域包含蛋白的潜在功能提供了一定的理论依据。