基于CRISPR-Cas9技术构建橡胶树胶孢炭疽菌的基因敲除系统

[背景]CRISPR-Cas9基因组编辑技术为病原真菌的基因敲除、敲入及定点编辑提供了新的思路。[目的]建立适用于橡胶树胶孢炭疽菌的CRISPR-Cas9基因敲除系统。[方法]通过大肠杆菌原核表达系统合成含有细胞核定位信号的Cas9蛋白;以URA5为靶标基因,预测该基因中Cas9的切割位点,并在体外转录合成相应的SgRNA;体外构建Cas9-SgRNA复合体,并将该复合体转入橡胶树胶孢炭疽菌原生质体;通过表型筛选及测序鉴定,筛选URA5的敲除突变体菌株。[结果]体外表达的Cas9蛋白与SgRNA能够形成复合体,并在体外对目标基因URA5的DNA序列进行切割;Cas9-SgRNA复合体能够成功转入橡胶树胶孢炭疽菌原生质体,并完成对URA5的敲除;敲除突变株表现出尿嘧啶缺陷表现型。[结论]建立了适用于橡胶树胶孢炭疽菌的基因敲除系统。     

暹罗炭疽菌同源异型盒转录因子CsHtf1的生物学功能

【背景】暹罗炭疽菌(Colletotrichum siamense)是橡胶炭疽病害的主要致病菌,严重制约着天然橡胶产量。在植物致病真菌中广泛存在同源异型盒转录因子,其参与调控真菌无性生殖、侵染和代谢等诸多方面。【目的】明确在暹罗炭疽菌中鉴定的一个同源异型盒转录因子CsHtf1的生物学功能。【方法】利用同源重组的方法获得Cshtf1基因的敲除突变株,并对其营养生长、孢子产生和致病性等表型进行分析。【结果】Cshtf1基因编码600个氨基酸且含有1个HOX结构域;与野生型相比,Cshtf1敲除突变株营养生长和致病性无显著差异,而突变株分生孢子产量显著降低且黑色素产量增加。【结论】CsHtf1参与调控暹罗炭疽菌的分生孢子及黑色素产生。     

胶孢炭疽菌CgRGS2基因的克隆及生物学功能

【目的】G蛋白信号调控因子(Regulators of G-protein signaling,RGS)是G蛋白的一类负调控因子,在植物病原菌生长发育及致病过程中发挥着重要的作用,然而目前还未有关于胶孢炭疽菌RGS蛋白生物学功能的研究。本试验的目的是克隆胶孢炭疽菌的一个RGS基因CgRGS2,并分析其生物学功能。【方法】利用PCR技术扩增CgRGS2的基因并进行生物信息学分析,利用同源重组的方法获得CgRGS2基因的敲除突变体,并在突变体的基础上获得互补株,通过表型分析确定该基因的生物学功能。【结果】通过PCR扩增获得了CgRGS2的基因,其编码一个574个氨基酸的蛋白,在N末端含有一个RGS功能域。该基因敲除突变体同野生型相比,表现为营养生长缓慢,气生菌丝浓密,分生孢子产量降低且孢子呈多端萌发,对氧化压力及SDS敏感,致病性减弱等。【结论】CgRGS2蛋白参与调控胶孢炭疽菌的营养生长,分生孢子产量及萌发,氧化应激反应及细胞壁完整性,对其致病性也具有一定的影响。     

胶孢炭疽菌C2H2型转录因子CgGcp1的生物学功能

【背景】胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)可以寄生于多种植物,侵染方式多样,能够引起严重的农业危害。在胶孢炭疽菌中,CgGcp1是一个C2H2型的转录因子,关于其生物学功能的研究未见报道。【目的】明确CgGcp1的生物学功能,为深入解析该病菌的致病机制奠定一定的理论依据。【方法】构建CgGCP1基因的敲除载体,利用同源重组得到敲除突变体。通过表型分析,包括营养生长、胁迫响应、孢子产生、附着胞形成及致病性分析等,明确该基因的生物学功能。【结果】CgGCP1基因敲除突变体生长速率较野生型减慢,对SDS、刚果红、NaCl和甘油更加敏感,孢子产量显著降低,附着胞的形成率降低且侵入能力减弱,在橡胶叶片上的致病力明显下降。【结论】CgGcp1参与调控胶孢炭疽菌营养生长、细胞壁完整性、分生孢子产生、附着胞形成与侵入和致病性。     

橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA插入突变体库构建及其致病缺陷转化子筛选

【目的】进一步研究橡胶树胶孢炭疽菌致病分子机理。【方法】通过含ILV1基因(具氯嘧磺隆抗性)的pSULF.gfp双元载体农杆菌AGL-1介导进行橡胶树胶孢炭疽菌遗传转化,利用氯嘧磺隆抗性标记筛选转化子,对转化子PCR验证及荧光显微观察;采用离体古铜期橡胶树叶无伤接种法进行致病性缺陷转化子筛选,并对转化子进行遗传稳定性检测。【结果】获得含3 721个转化子的T-DNA插入突变体库,转化效率为150 400个转化子/106孢子,从3 721个转化子中筛选得到致病性缺陷转化子25个;随机选取20个转化子进行遗传稳定性测定,在不含氯嘧磺隆PDA平板上继代培养10次后仍保持氯嘧磺隆抗性,且表型稳定,表明插入外源基因能够稳定遗传。【结论】可以利用根癌农杆菌介导橡胶孢炭疽菌转化,构建橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA插入突变体库,筛选致病缺陷突变菌,为进一步研究该菌致病相关基因提供材料。     

油茶果生炭疽菌小分子GTP酶Rab7的功能研究

【目的】炭疽病是油茶的一种重要病害,果生炭疽菌是油茶炭疽病的主要致病菌。本文对果生炭疽菌小分子GTP酶Rab7进行研究,为油茶炭疽病的防控治理提供依据。【方法】构建CfRAB7基因敲除载体,通过PEG介导的原生质体转化、抗性筛选和PCR电泳验证获得果生炭疽菌突变体菌株△Cfrab7和互补菌株△Cfrab7/CfRAB7。进一步分析CfRAB7基因敲除突变体△Cfrab7的生长、产孢、附着孢的形成、胁迫应答、液泡融合和致病力等生物学表型。【结果】在PDA和MM培养基上,突变体△Cfrab7的菌落直径显著减小,产孢量和附着孢形成率显著降低,且不能穿透玻璃纸;在10mmol/LH2O2条件下,△Cfrab7生长受到明显抑制;进一步研究发现突变体△Cfrab7液泡无法正常融合,在油茶有伤和无伤的幼叶上均不发病。【结论】CfRAB7基因参与调控果生炭疽菌生长产孢、附着孢形成、H2O2胁迫应答、液泡融合和致病力。     

胶孢炭疽菌寡肽转运蛋白CgOPT2的生物学功能

胶孢炭疽菌是一种病原菌,它可以引起炭疽病进而侵扰多种农作物,造成相当严重的经济损失。因此为了进一步地了解这个病菌的分子致病的机理,本研究从胶孢炭疽菌当中克隆出一个新的寡肽转运蛋白基因,并将它命名为CgOPT2,通过对生物信息学的分析我们发现这个基因编码一个990个氨基酸的蛋白,含有15个跨膜区,共同地组成了OPT结构域。为了得到此基因的敲除突变体,我们就可以采用同源重组的办法,通过把突变体还有野生型的各项进行表格的对比处理,一般来说,突变体具体表现为生长缓慢,菌丝比较稀疏而且它的疏水性增强,孢的产量低,对H_2O_2和SDS更为敏感,致病力更为减弱。通过上述的结果可以发现,CgOPT2主要参与对胶孢炭疽菌的营养发育调控,分生孢子的产生、致病性还有氧化应激反应等。     

橡胶树暹罗炭疽菌Zn2Cys6型转录因子CsGcc1的生物学功能

【背景】暹罗炭疽菌（Colletotrichum siamense）是一种重要的病原真菌,可以引起炭疽病,给全球橡胶产业带来巨大的经济损失。Zn₂Cys₆型转录因子是真菌特有的锌指类转录因子,通常参与调控真菌的生长发育过程。【目的】在暹罗炭疽菌中鉴定了一个与稻瘟病菌Gcc1同源的Zn₂Cys₆型转录因子CsGcc1,并研究其功能。【方法】根据同源重组原理构建CsGCC1的基因敲除突变体,并通过营养生长、H₂O₂敏感性、分生孢子产生及萌发、玻璃纸试验和致病性分析,明确CsGcc1的功能。【结果】CsGcc1编码一个含有646个氨基酸的蛋白,而且含有一个GAL4结构域。CsGCC1基因在培养36 h的菌丝及分生孢子中具有较高的表达量。CsGCC1基因敲除突变株营养生长速率降低且对H₂O₂更加敏感。相较于野生型菌株,突变株的分生孢子产量、萌发率及附着胞形成率均降低。此外,CsGCC1的敲除可以明显降低分生孢子的穿透能力,突变株对橡胶叶片的致病力减弱。【结论】Zn₂Cys₆型转录因子CsGcc1参与调控暹罗炭疽菌的营养生长、氧化应激、分生孢子发育及致病性等过程。     

bZIP转录因子CfHac1参与调控果生刺盘孢菌的生长发育和致病力

油茶炭疽病是油茶Camellia oleifera上最重要病害之一,引起该病害的主要致病菌为果生刺盘孢菌Colletotrichum fructicola。本研究以果生刺盘孢菌bZIP类转录因子CfHac1为研究对象,研究其在果生刺盘孢菌的营养生长、产孢量、附着胞形成、致病力及耐受性等方面的生物学功能,为油茶炭疽病的防控提供理论依据。研究结果表明,果生刺盘孢菌中具有一个与灰色大角间座壳（稻瘟菌）bZIP转录因子MoHac1直系同源的基因,命名为CfHAC1。该基因全长1 627bp,编码526个氨基酸,该蛋白含有一个碱性亮氨酸链（bZIP）结构域和3个未知功能结构域。CfHAC1基因敲除突变体的菌丝生长速度显著变慢,分生孢子产量显著减少且不能正常形成附着胞,并对山梨糖醇和KCl渗透压胁迫敏感性增加;致病力测试结果表明,果生刺盘孢菌基因敲除突变体ΔCfhac1对油茶的致病力显著下降。转录因子CfHac1参与调控果生刺盘孢菌的生长、产孢、附着胞的形成、致病力以及响应外界渗透压胁迫过程。     

球孢白僵菌Bb_bm01菌株PacC基因突变体的构建及其毒力和孢子萌发率的测定

通过敲除球孢白僵菌(Beauveria bassiana)菌株bm01的PacC基因,研究了PacC基因敲除对球孢白僵菌毒力和分生孢子萌发速率的影响。利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的转化方法转化Bb_bm01,通过同源重组敲除Bb_bm01的PacC基因,筛选ΔPacC基因敲除菌株,获得了遗传稳定的ΔPacC基因敲除菌株。通过毒力测定,对比了野生菌株和ΔPacC基因敲除菌株对家蚕和大蜡螟毒力的差异,发现ΔPacC基因敲除菌株对家蚕和大蜡螟毒力都减弱,差异具有统计学意义(p0.01),表明在Bb_bm01菌株中的PacC基因与它的致病性相关;另外,比较ΔPacC基因敲除菌株与野生型菌株Bb_bm01在SDB液体培养基中的孢子萌发率,发现ΔPacC基因敲除菌株孢子萌发明显减慢,表明PacC基因参与调控孢子萌发。     

芒果胶孢炭疽病菌应答菌丝机械损伤产生无性孢子的分子机制

胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)是引发芒果(Mangifera indica)炭疽病的主要病原体。室内平板培养胶孢炭疽菌不产生或产生很少分生孢子的情况时有发生, 但菌丝在机械损伤后24-48小时会产生大量分生孢子。胶孢炭疽菌应答机械损伤诱导产孢的核心基因及关键代谢通路尚未见报道。基于转录组测序(RNA-seq)技术检测了芒果胶孢炭疽菌菌丝在机械损伤处理后2小时内5个时间点的基因表达变化, 对差异表达基因进行GO富集和KEGG代谢通路富集分析, 并对菌丝响应胁迫的基因动态表达数据进行分析。基于常微分方程ODE模型结合变量选择技术, 构建了动态基因调控网络。结果表明, 有417个差异表达基因参与应答胶孢炭疽菌菌丝机械损伤, 分属12个聚类模块, 有4条通路存在显著富集, 分别是丙酮酸代谢、硫代谢、黄曲霉素合成途径和二萜合成途径。结合功能注释筛选出12个应答菌丝损伤胁迫的核心基因。研究结果为后续深入开展芒果胶孢炭疽菌产孢和致病机理研究奠定了重要基础。     

芒果炭疽病菌小柱孢酮脱水酶基因SCD1的克隆与敲除载体构建

芒果炭疽病(Colletotrichum gloeosporioides)是为害芒果的重要病害之一,为了明确小柱孢酮脱水酶基因SCD1与芒果炭疽病菌致病力之间的相互关系,本研究以芒果炭疽病菌DNA为模板,利用同源克隆技术扩增SCD1,分析其序列特征、推测了其蛋白的保守结构域,并借助In-Fusion~ HD Cloning Kit技术进行敲除载体构建。结果表明,该基因DNA和cDNA全长分别为796 bp、564 bp,编码区有两个内含子(大小为52 bp,180 bp),推测编码187个氨基酸,其分子量约为21.52 kD,等电点PI为5.90,与NCBI网站中已公布的基因进行Blastp比对,发现该序列与香蕉炭疽菌(C.musae)、无花果炭疽菌(C.caricae)(登录号:GQ266389.1,GQ266386.1)的小柱孢酮脱水酶基因相似性分别为98%和97%。该基因的敲除载体pSCDGH-1已构建成功,为下一步获得SCD1基因敲除突变体,研究该基因功能打下了材料基础。     

农杆菌介导的小孢拟盘多毛孢遗传转化及突变体筛选

本研究通过农杆菌EHA105介导的方法,以含潮霉素抗性基因和GFP基因的双元载体pCAMBgfp为转化载体,对小孢拟盘多毛孢Pestalotiopsis microspora KFRD-2菌株进行遗传转化。基于潮霉素及GFP荧光抗性进行转化子的初步筛选,随后,进一步对转化子的菌落特征、菌丝生长速率、产孢量、荧光稳定性及致病力进行验证。结果获得阳性转化子100余株,转化效率达200个转化子/10⁶个孢子。大部分转化子与野生型菌株无明显形态及致病力差异。同时,获得了14株菌丝形态、产孢量或致病力与野生型存在明显差异的突变株,可用于小孢拟盘多毛孢关键致病基因的挖掘验证及致病机理等研究。     

尖镰孢古巴专化型Focr4-1701突变体的生物学表型研究

由尖镰孢古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)引起的香蕉枯萎病是香蕉生产中的毁灭性病害之一。Foc有4个小种,其中4号小种(Focr4)因其寄主范围广且无高抗病性的香蕉品种,对香蕉产业的危害最大,其致病机制至今尚不清楚。为研究其致病机制,本文对Focr4野生型菌株(Focr4-193-6)、因其T-DNA插入导致致病性严重减弱的突变体Focr4-1701、T-DNA插入标签基因敲除子△Focr4-1701及敲除基因互补子△Focr4-1701-cp-1为材料,从致病性测定、玻璃纸穿透试验、孢子形态观察、产孢量与孢子萌发率测定、粗毒素测定等方面对其与致病性相关的生物学表型进行了测定。结果表明:T-DNA插入突变体Focr4-1701和基因敲除突变体△Focr4-1701接种后的香蕉植株叶片没有表现发病症状,敲除基因互补菌株与野生型菌株一样表现出发病症状;T-DNA插入突变体和基因敲除突变体不能穿透玻璃纸生长,T-DNA插入突变体及基因敲除突变体在产孢量、孢子萌发率和产毒素能力上均极显著低于野生型菌株及互补菌株。这些表型性状差异说明Focr4-1701致病性严重减弱可能是T-DNA插入位点标签基因失活后导致了菌丝体侵染能力下降及产毒素能力降低造成的。     

胶孢炭疽菌生防放线菌SD-29的鉴定及抗菌活性评价

【背景】胶孢炭疽菌是引起橡胶炭疽病的一种重要病原菌,可导致橡胶树产胶量下降。【目的】从山东青岛一农田土壤中分离出一株胶孢炭疽菌生防放线菌SD-29,并对其进行鉴定及抗菌活性评价。【方法】采用对峙生长法及菌丝生长速率法对菌株SD-29的拮抗活性进行鉴定;利用乙酸乙酯萃取法提取菌株SD-29发酵液粗提物并进行活性评价;根据菌株SD-29的形态特征、生理生化及16S rRNA基因序列进行鉴定。【结果】菌株SD-29对胶孢炭疽菌具有较强的抑制活性,皿内抑制活性达到82.6%。发酵液粗提物对菌丝生长的EC50为13.6μg/mL,100μg/mL的粗提物对胶孢炭疽菌孢子萌发抑制率达到63.16%,其对感炭疽病橡胶叶片的防治效果达到48.96%。根据该菌的形态特征、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析鉴定菌株SD-29为Streptomyces yatensis。【结论】菌株SD-29对胶孢炭疽菌有较强的防治效果,具有潜在的应用价值。     

致病菌烟曲霉新基因Afu4g13170生孢致毒相关性初步研究

【目的】对烟曲霉Afu4g13170基因功能进行初步研究。【方法】利用Double-jointPCR方法和一步基因敲除技术,构建Afu4g13170基因缺失突变株。【结果】序列比对表明烟曲霉Afu4g13170蛋白与构巢曲霉Ani04163蛋白和新型隐球菌Gib2蛋白的氨基酸序列相似性为88.6%;表型分析表明基因破坏使突变株生长迟缓、梗基伸长、孢子分化能力下降,产孢推迟、产孢量减少,色素产生量降低;色谱分析显示基因缺失突变株的产毒能力下降。【结论】烟曲霉Afu4g13170基因可以作为控制曲霉致毒的一个靶位点。     

组蛋白去乙酰化酶CfSnt2调控果生刺盘孢生长发育和致病力

炭疽病是油茶Camellia oleifera的重要病害,该病害的优势致病菌是刺盘孢属Colletotrichum的果生刺盘孢C. fructicola,在全国的油茶产区普遍发生。我们前期发现组蛋白乙酰转移酶CfGcn5调控油茶果生刺盘孢的生长发育和致病过程,但组蛋白去乙酰化酶在该病菌中的生物学功能尚不清楚。本研究以组蛋白去乙酰化酶CfSnt2为研究对象,利用反向遗传学的方法,通过对野生型、CfSNT2基因敲除突变体及互补菌株的生物学表型进行比较分析,发现CfSNT2基因敲除突变体的菌丝生长速率明显减缓、分生孢子的产量显著减少、附着胞形成率降低、对细胞壁胁迫剂的响应异常,同时对油茶致病力显著减弱。以上现象说明CfSnt2调控果生刺盘孢的生长、产孢、附着胞的形成、对细胞壁完整性胁迫剂的耐受性及致病力。     

猪链球菌cAMP结合蛋白基因敲除株的构建及生物学特性

目的:构建猪链球菌2型强毒株05ZYH33 c AMP结合蛋白(CRP)编码基因敲除突变株及基因回复互补株,并探究CRP基因的缺失对细菌生物学特性及毒力的影响。方法:构建中间为壮观霉素抗性基因(Spcr)、两侧为CRP编码基因上下游同源序列的基因敲除质粒,通过同源重组筛选CRP编码基因敲除突变株ΔCRP;构建CRP编码基因的互补质粒,通过电转化敲除株ΔCRP,筛选CRP的基因回复互补株CΔCRP;比较分析突变株、野生株和回复互补株的基本生物学特征的差异,并以小鼠作为动物感染模型对突变株、互补株及野生株的毒力进行评估分析。结果:应用组合PCR和基因测序分析,证实构建了CRP的突变株ΔCRP,并筛选出CRP的回复互补株CΔCRP;逆转录PCR证实在突变株ΔCRP中CRP在转录水平缺失,而在回复互补株CΔCRP中其转录回复;在丰富营养情况下,突变株ΔCRP与野生株的溶血活性、生长速率及对小鼠的致病力均无显著性差异,但突变株的成链能力减弱。结论:CRP编码基因的缺失并未显著改变野毒株05ZYH33的基本生物学特性和毒力,提示CRP可能不是猪链球菌的关键毒力决定因子,其参与碳源代谢等功能有待进一步研究。     

2型猪链球菌中国强毒株05ZYH33 sao基因敲除突变株的构建及其生物学功能

构建2型猪链球菌(Streptococcus suis serotype 2,S.suis 2)中国强毒株05ZYH33的sao基因敲除突变株。构建中间为壮观霉素抗性基因,两侧为sao编码基因上下游同源序列的基因敲除载体,同源重组筛选sao基因敲除突变株。PCR、RT-PCR、Western Blot对疑似突变株进行验证,实验结果均证实sao基因完全被spc抗性基因替代,成功构建了突变株05ZYH33-sao。对野生型菌株和突变株进行菌落溶血活性、生长特性、小鼠致病性比较,结果表明sao基因的敲除并未使野生型菌株在以上三方面产生明显的变化。筛选获得的05ZYH33 sao基因突变株为进一步研究sao基因在05ZYH33致病过程中的作用奠定了基础。     

胶孢炭疽菌热休克蛋白基因Cghsp90的RNAi突变体获得与功能分析

为揭示胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)热休克蛋白基因Cghsp90在抗逆境胁迫中的功能,利用RNAi技术结合PEG介导的原生质体转化方法,获得了Cghsp90的RNAi突变体菌株,经实时荧光定量PCR (qRT-PCR)对野生型菌株和突变体菌株间Cghsp90基因差异表达分析以及NaCl、H_2O_2、SDS、Congo Red、18℃(Cold)和33℃(Hot)等非生物胁迫条件下野生型菌株和突变体菌株的胁迫耐受性分析。通过特异性引物检测鉴定、qRT-PCR分析,获得Cghsp90的RNAi突变体pSilent-1:Cghsp90-1和pSilent-1:Cghsp90-2;与野生型菌株相比,侵染过程中Cghsp90基因的表达量显著低于野生型菌株,8个致病相关基因显著下调表达;突变体菌株的产孢量下降、分生孢子畸形、萌发率下降;在非生物胁迫条件下,突变体菌株较野生型菌株更为敏感;在胶孢炭疽菌的分生孢子中研究Cghsp90基因的形态建成与萌发,对应变逆境胁迫以及调控致病相关基因等方面发挥重要的作用。