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大豆疫霉纤维二糖水解酶PsGH7a的功能和应用潜力研究

胡玉瑶  
【摘要】:大豆疫霉(Phytophthora sojae)属藻物界(Chromista)卵菌门(Oomycota)菌物,虽然形态上类似丝状真菌,但在系统发育和进化背景上与硅藻和蓝藻接近。在田间,大豆疫霉进化迅速,毒力结构变异频繁,目前大豆疫霉基本已经攻克了所有已知的大豆抗疫霉根腐病基因,急需开发新的抗性资源。因此,深入研究大豆疫霉的致病机理对于发掘分子育种新资源和设计防治策略具有重要的价值。细胞壁是植物抵抗致病菌侵染的强大物理屏障,其复杂异质的高分子动态网络结构是形成抗性屏障的分子基础。感染初期的病原菌通常会分泌多种破坏宿主细胞的细胞壁降解酶(Cell-wall degrading enzymes,CWDEs)。纤维素是植物细胞壁的主要成分(约占40%-60%),所以病原菌分泌的纤维素酶在细胞壁降解中起着关键的作用。本研究从大豆疫霉中筛选到一个新的GH7家族纤维二糖水解酶基因PsGH7a,其在大豆-疫霉菌互作初期显著上调表达,并且酶蛋白在疫霉中高度保守。已有报道,病原菌分泌的纤维素酶是触发植物免疫应答的病原相关的分子模式(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)。PAMPs特定的保守肽段可被植物细胞表面跨膜受体(Pattern recognition receptors,PRRs)识别,触发植物免疫反应(PTI)并抑制病原微生物的侵染。研究发现,PsGH7a可以诱导大豆、烟草和番茄的细胞死亡,推测PsGH7a是一种新的PAMP,并且在不同植物中具有广泛的激发性。PsGH7a能够促进疫霉的侵染,利用定点突变使PsGH7a的水解活性丧失,发现突变体失去毒力功能,说明水解活性是PsGH7a促进侵染所必须的;使用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除PsGH7a,与野生型菌株相比,敲除突变体在大豆中丧失了毒力,表明PsGH7a是大豆疫霉完全毒力所必需的。本研究发现保守的大豆疫霉PsGH7a是一类关键的毒力因子,对于疫霉的致病力非常重要。深入研究该家族细胞壁降解酶的致病功能和作用机制,对于增强我们对植物细胞壁抗性的认知以及针对性的开发大豆分子育种靶标和植物疫病新型农药具有重要的指导意义。


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1 胡玉瑶;大豆疫霉纤维二糖水解酶PsGH7a的功能和应用潜力研究[D];山东农业大学;2020年
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