中国水稻条斑病细菌avrBs3/PthA家族基因的克隆和序列分析

水稻条斑病细菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzicola,Xooc)和水稻白叶枯病菌(X.oryzaepv.oryzae,Xoo)是稻黄单胞菌种下的致病变种,是水稻上的模式病原菌。用Xoo无毒基因avrXa3对应的NLS和AD区域的DNA片段构建探针,筛选Xooc基因文库,再通过酶切归类和Southern杂交分析,从Xooc中获得2个avBs3r/PthA家族基因克隆,分别被命名为avr/Pth13和avr/Pth14。序列测定结果显示,它们与avrBs3PthA家族成员,几乎一样的5′端和3′端、1个亮氨酸拉链(leucinezipper,LZ)、3个核定位信号(nuclearlocalizationsignal,NLS)和1个酸性转录活化域(acidictranscriptionalactivationdomain,AD),不同的只是102bp重复单元的重复次数不等:avr/Pth13基因102bp重复5.5次,avr/Pth14基因为19.5次。蛋白质水平上同列比较发现,AvrBs3/PthA家族成员34aa重复单元的第12和第13位氨基酸为HD的至少需要3个,才可能满足毒性或无毒性功能。将avr/Pth13和avr/Pth14基因分别导入Xoo菌株PXO99A中之后,在抗水稻白叶枯病近等基因系上测定其致病性,发现avr/Pth13基因增强了PXO99A的致病能力,而avr/Pth14基因则减弱了PXO99A的致病力。以上结果提示,Xooc与Xoo一样,都存在avrBs3/PthA基因家族的无毒基因。从Xooc中克隆avr/Pth13和avr/Pth14基因在国内外尚属首次,?

水稻黄单胞菌avrBs3/PthA家族基因研究进展

水稻黄单胞菌白叶枯致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)和稻生致病变种(X.oryzaepv.oryzicola,Xooc)分别引起水稻白叶枯病(bacterialblight,BB)和水稻细菌性条斑病(bacterialleafstreak,BLS),对中国和世界水稻产量造成较大损失。基因组学揭示,Xoo和Xooc不同小种中存在15～30个数量不等的avrBs3/PthA(avr/pth)家族基因。新近研究结果表明,avr/pth基因既是毒性基因,又是寄主植物先天免疫的抑制因子,还是与抗病基因(R)匹配的无毒基因。Xooc中虽然存在avr/pth基因,但因存在能够抑制avr/pth无毒基因功能的抑制因子,故而未在水稻中发现抗BLS的R基因。除结构上的共有特征外,avr/pth基因间的差异主要表现在102bp重复单元在每个avr/pth基因中的重复数多少上。avr/pth基因的进化可能由简单进化为复杂,这可能是Xoo和Xooc致病性变异的主要原因。

水稻白叶枯病菌avrBs3/PthA家族基因的随机缺失及突变体PXO99Δavr功能的研究

利用来源于水稻白叶枯菌株JXOⅢ的无毒基因avrXa3构建的同源序列突变转化单元,同源重组得到PXO99A菌株的1个缺失突变体PXO99△avr。PXO99A及其突变体基因组DNA以内切酶BamHⅠ完全消化后进行同源检测,发现突变体PXO99△avr中有3条杂交带消失,有2条带信号减弱。进一步以相同探针检测PXO99A的基因文库,限制性酶切分析和Southern杂交归类,共获得13个不同的阳性克隆。众多avrBs3/PthA基因在基因组中单独存在,或2个和2个以上串联排列。经比对,克隆p5所含条带与突变体缺失的5条带大小相同。因此认为随机交换产生的突变体中有5个基因被敲除。将此文库克隆（p5）分别导入PXO99A和突变体PXO99△avr中,苗期接种试验表明：p5互补突变体能使其毒性恢复接近PXO99A的致病表型,推测此克隆正是突变体缺失的基因。同时也表明：缺失的5个串联基因的综合作用主要表现为毒性功能。

JXOV菌株2个avrBs3/pthA家族基因克隆分析

本研究克隆了水稻白叶枯病病原(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)菌株JXOV的2个avrBs3/pthA家族成员基因,分别命名为jva1和jva2。通过氨基酸序列分析和系统发育分析、原核表达载体构建及在水稻品种叶片接种试验,探讨其基因功能和毒性。结果表明,Jva1和Jva2的氨基酸序列具有Avr Bs3/pth A家族成员典型序列模式特征;BL21(DE3)原核表达的Jva1和Jva2蛋白在SDS-PAGE胶上呈现出推测的100KD单体蛋白大小,没有出现不依赖于植物蛋白的Avr Bs3类似的二聚体化;jva1和jva2没有增强PXO99A在携带不同抗性基因的15个水稻品种上的毒性。jva1和jva2的基因功能有待于进一步研究。本研究结果为诠释水稻白叶枯病原的致病机理及相关基因家族成员的功能分化提供了重要参考。

水稻条斑病菌avrBs3/pthA家族基因敲除体系的建立

水稻细菌性条斑病菌存在至少20个avrBs3/pthA家族成员,但其在水稻上的毒性或无毒性贡献并不清楚.本文依据avrBs3/pthA结构上的保守性,利用同源重组策略,借助自杀性载体pKMS1介导,对水稻条斑病菌中的avrBs3/pthA家族基因进行敲除.结果发现:同源交换可通过基因内和基因间重组实现avrBs3/pthA家族的基因敲除;PCR和Southern杂交结果显示,水稻条斑病菌中有5个avrBs3/pthA家族基因被成功敲除,表明水稻条斑病菌avrBs3/pthA家族基因敲除体系构建成功.这为逐一评价avrBs3/pthA家族基因的毒性或/和无毒性功能奠定了基础.

水稻白叶枯病菌GX1329基因组文库的构建及含编码TAL效应物基因的克隆的分离

由革兰氏阴性细菌水稻白叶枯病菌引起的水稻白叶枯病是亚洲、北美以及非洲部分地区最严重的水稻病害之一,水稻白叶枯病可使水稻减产高达50%以上。研究表明水稻白叶枯病菌的毒力主要依靠三型分泌系统所分泌的效应物。为了解水稻白叶枯病菌广西菌株GX1329中含有avrBs3/pthA家族基因的情况,本研究应用AluⅠ部分酶切其基因组DNA,构建了含有736个克隆的菌株GX1329的基因组文库。BamHⅠ酶切分析随机挑取的15个文库克隆表明,克隆的外源DNA随机性良好,克隆的最小片段为27.7kb,最大为58.5kb,平均大小为39.9kb,文库克隆容量约为2.8×103Mb,该文库中包含基因组中任一个基因的概率为99.4%。利用来自水稻白叶枯病菌菲律宾菌株PXO86的无毒基因avrXa10的第252位～第486位核苷酸序列作为探针,通过菌落原位杂交从GX1329基因组文库中筛选到37个含avrBs3/pthA家族基因的克隆。再通过Southern杂交分析,得到了17个独立克隆。这17个克隆中至少含有13个不同的avrBs3/pthA家族基因。这些基因在GX1329基因组中有的单独存在,有的两个或两个以上串联存在。本工作基本上明确了菌株GX1329基因组中avrBs3/pthA家族基因的数量,为进一步研究菌株GX1329中avrBs3/pthA家族基因的功能奠定了基础。