水稻条斑病菌hrcC、hpa3和hrpE基因表达不依赖hrpG和hrpX基因调控

摘要：【目的】决定水稻条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola）在非寄主植物上激发过敏反应（hypersensitive response, HR）和在寄主水稻上致病性（pathogenicity）的hrp基因簇是受hrpG和hrpX基因调控的,但还不清楚hrpG和hrpX基因是否共同决定着所有hrp基因的表达。【方法】本文通过基因敲除方式获得了水稻条斑病菌的hrpG和hrpX基因的双突变体。【结果】烟草和水稻上测定结果显示,双突变体与单突变体一样,均在烟草上失去HR激发能力和丧失在水稻上的致病性;相应地,功能互补后双突变体恢复至野生表型。细菌在水稻悬浮细胞、hrp诱导培养基XOM3和营养丰富的培养基NB中生长后的RT-PCR结果显示,NB中hrp基因低水平表达,XOM3和水稻细胞能够高水平诱导hrp基因表达。无论何种生长条件,hrpG单突变体中hrcC、hrcT、hpa3和hrpE基因表达,而hpa1、hpa2、hpaB、hrcJ和hrpG基因不表达;hrpX单突变体中hpa2、hrcC、hpa3、hrpE和hrpG基因表达,而hpa1、hrcT、hpaB和hrcJ基因不表达;hrpG和hrpX双突变体中hrcC、hpa3和hrpE基因表达,而hpa1、hpa2、hpaB、hrcT、hrcJ和hrpG基因不表达。【结论】这提示,水稻条斑病菌的hrcC、hrpE和hpa3基因不受hrpG和hrpX基因单独或同时调控,而hrcT基因受HrpG调控。由此推测,水稻条斑病菌III型分泌系统关键组份的表达有可能通过另外的信号途径进行调控,这为进一步分析III型分泌途经的形成提供了线索。     

水稻条斑病细菌hrp基因诱导表达系统的建立

水稻条斑病细菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xooc)决定在非寄主植物上激发过敏反应(hypersensitive response)和在寄主水稻上具致病性(pathogenicity)的hrp基因簇是诱导表达的。为研究hrp基因的功能,利用hpa1和hrpX基因的启动子与gfp基因进行融合,构建了hrp基因诱导表达系统。绿色荧光蛋白表达揭示,Xooc的hrp基因在营养丰富的NB培养基上不能有效表达,在hrp诱导培养基XOM3上可有效表达。以hrpX和hrpG突变体为参照,RT-PCR研究结果提示,Xooc野生型菌株hpa1基因在NB上不能有效表达,在XOM3培养基上可有效表达。相应地,hrpX突变体中hpa1基因不能被诱导表达,而在hrpG突变体中hpa1基因转录表达水平低于野生菌。研究结果还证实,水稻悬浮细胞能高效诱导Xooc的hrp基因表达。Xooc hrp基因诱导表达系统的建立为研究hrp基因功能、发掘T3SS效应分子以及开展Xooc致病性研究奠定了基础。     

hrpD6基因决定白叶枯病菌在烟草上的过敏反应和在水稻上的致病性

【目的】白叶枯病菌hrp基因簇由包括hrpD6在内的26个hpa-hrp-hrc基因组成,与植物互作后形成Ⅲ型分泌系统(T3S),将T3S效应分子注入寄主细胞中从而决定在非寄主上的过敏反应(HR)和在水稻上的致病性。但hrpD6基因是否参与了白叶枯病菌在非寄主上的过敏反应(HR)和在水稻上的致病性(pathogenicity)还不清楚。【方法】借助同源重组方法,本研究对白叶枯病菌hrpD6基因进行了突变。【结果】PCR和Southern杂交结果显示,hrpD6基因被成功敲除。烟草上测定结果显示,hrpD6突变体ΔPhrpD6丧失了HR激发能力。致病性测定发现,ΔPhrpD6在水稻苗期不能形成水渍症状,在成株期水稻上不具有致病性,并且细菌生长能力显著下降。功能互补结果显示,hrpD6基因可恢复ΔPhrpD6在烟草上激发HR和在水稻上的致病性以及在水稻组织中的生长能力。RT-PCR结果显示,hrpD6基因的转录表达不仅受水稻诱导,而且受hrpG和hrpX基因调控。不仅如此,hrpD6基因突变还影响T3S效应分子hpa1基因的转录表达和Hpa1蛋白的分泌,暗示hrpD6基因对hpa1基因转录表达具有调控作用。【结论】hrpD6基因的缺失导致白叶枯病菌不能激发烟草产生HR和和丧失在水稻上的致病性,主要是HrpD6对hpa1基因转录表达具有调控作用,并影响T3S效应分子Hpa1的分泌。这些结果为进一步分析hrpD6是否参与T3S分泌装置的形成和调控其它hrp基因的转录表达从而决定病菌在非寄主上的HR和在水稻上的致病性,提供了科学线索。     

青枯菌hrp基因的研究进展

青枯菌的hrp基因可诱发植物的超敏反应.对其基因组全序列测定表明:hrp基因簇位于基因组的大质粒上,共有20多个基因组成.从青枯菌中分离得到的可直接诱发植物超敏反应的效应蛋白主要为pop基因编码,它由hrp基因编码的类型Ⅲ蛋白分泌通道释放.目前的研究表明:(1)在hrp基因簇中,hrpY、hrpX及hrpV与分泌通道的一种纤毛的组装有关;(2)hrpB是整个类型Ⅲ蛋白分泌通道基因的转录激活子并作用于基因组中的其它效应基因;(3)hrpG是植物信号对hrp,基因的表达进行级联调控的组分之一.     

水稻黄单胞菌hrp基因簇中致病相关基因hpaB的鉴定水稻黄单胞菌 TAIL-PCR hrp基因簇 hpaB基因

由水稻黄单胞菌引起的水稻白叶枯病是水稻最严重的细菌性病害.通过筛选18000个Xoo Tn5转座子插入突变体,得到其中一个致病力缺失的突变体XOG11.TAIL-PCR方法分离该突变体中插入转座子的侧翼序列,发现转座子插入到位于hrp基因簇的hpaB基因中.对该基因进一步的分析表明该基因编码一个含有156个氨基酸,等电点为4.28,亮氨酸含量为14.4%的蛋白HpaB.Southern blot和PCR验证表明Tn5在该突变体中为单拷贝插入且未发生转座子携带侧翼序列的转移.将hpaB克隆到具有广泛寄主的质粒pHM1中,转化重组质粒进入突变体后,突变体恢复了在其寄主水稻IR24上的致病力,而转化空质粒pHM1后的突变体仍然表现为致病力缺失.证实了水稻黄单胞菌中hpaB基因与该细菌的致病力相关,在侵染水稻的过程中起着不可缺失的作用.     

水稻黄单胞菌hrp基因簇中致病相关基因hpaB的鉴定

由水稻黄单胞菌引起的水稻白叶枯病是水稻最严重的细菌性病害。通过筛选18000个XooTn5转座子插入突变体,得到其中一个致病力缺失的突变体XOG11。TAIL-PCR方法分离该突变体中插入转座子的侧翼序列,发现转座子插入到位于hrp基因簇的hpaB基因中。对该基因进一步的分析表明该基因编码一个含有156个氨基酸,等电点为4.28,亮氨酸含量为14.4%的蛋白HpaB。Southern blot和PCR验证表明Tn5在该突变体中为单拷贝插入且未发生转座子携带侧翼序列的转移。将hpaB克隆到具有广泛寄主的质粒pHM1中,转化重组质粒进入突变体后,突变体恢复了在其寄主水稻IR24上的致病力,而转化空质粒pHM1后的突变体仍然表现为致病力缺失。证实了水稻黄单胞菌中hpaB基因与该细菌的致病力相关,在侵染水稻的过程中起着不可缺失的作用。     

水稻黄单胞菌黄色素合成相关基因的克隆与鉴定

用硫酸二乙酯(DES)诱变水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,简称Xoo)和条斑病细菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, 简称Xooc),分别得到5株和13株黄色素缺失突变体,其中来自Xooc的M6和M12 还丧失了对水稻的致病性和在烟草上激发过敏反应的能力。以Xooc黄色素缺失突变体M51为受体菌交叉互补从Xoo JXOIII基因文库中筛选出一个黄色素合成相关的基因克隆pA341,以Xoo黄色素缺失突变体M1071为受体菌,从Xooc RS105基因文库中获得了一个黄色素合成相关的基因克隆pA270。功能互补显示,18株黄色素缺失突变体中的10株能分别被pA341和 pA270互补后正常产生黄色素,但这两个克隆不能同时互补同一株黄色素缺失突变体。能被pA341互补的黄色素缺失突变体M6没有恢复对水稻的致病性和在烟草上激发过敏反应,表明黄色素合成相关基因与hrp基因间不存在相关性。斑点杂交结果表明,pA270与pA341之间没有同源性。pA270亚克隆结果显示,与黄色素合成相关的基因约11.6kb大小,以基因簇的形式存在,不仅决定了黄色素的产生,还影响黄色素合成的数量和质量（吸收峰）。在紫外光条件下,黄色素能够提高菌体的存活率,提示黄色素对病原细菌有保护作用。     

软腐欧氏杆菌的Ⅲ型分泌系统对harpin蛋白的识别与分泌

本文研究软腐欧氏杆菌分泌致病蛋白的Ⅲ型分泌系统的组分是否能识别梨火疫欧氏杆菌存在于mRNA上的分泌识别信号。用PCR的方法,将带有上游75bp可以在其mRNA的5′端形成一个典型的作为Ⅲ型分泌识别信号的茎环结构的梨火疫欧氏杆菌的诱导植物过敏反应的harpin的基因hrpN,从带有hrp基因簇的质粒pCPP430上克隆到pGEM\|T载体上,获得重组质粒pWGF1,经化学法转化到hrpN基因的转座突变体DH5α(pCPP430hrpN-)中,同时将pWGF1电击转化到胡萝卜软腐欧氏杆菌Se9R中,转化子的无细胞抽提物(CFEP)经Western\|blot检测到harpin蛋白已被表达;带有双重质粒的DH5α(pCPP430hrpN-/pWGF1)在番茄植物上可以引起过敏反应,Se9R(pWGF1)在大白菜上的致病力明显低于Se9R,初步表明一种植物病菌的harpin蛋白可被另外一种病菌的Ⅲ型分泌系统所识别、分泌并保持生物活性。     

水稻白叶枯病菌T3SS基因表达及其调控网络

植物病原细菌III型分泌系统(T3SS)在其毒性表达及与寄主互作中具有重要的功能。水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)hrp基因簇编码了T3SS装置,将毒性效应子蛋白分泌到水稻细胞内,抑制和破坏寄主免疫反应,或诱导感病基因表达,以达到成功侵染的目的。hrp基因表达受到严格调控,在模拟水稻内环境的贫瘠营养培养基中被诱导表达;hrp和效应子基因均受调控蛋白HrpG和Hrp X的调控。此外,hrp基因还受到其它毒性调控网络重要因子的调控,包括双组分调控因子、转录调控因子、DNA/RNA结合蛋白、糖代谢和c-di-GMP信号因子。结合本实验室的研究结果,综述了Xoo T3SS表达调控及其致病机理的研究进展,以期为水稻细菌病害发生机理的解析及其有效防控措施提供一些新见解、思路和途径。     

十字花科黑腐病菌hrpW基因的功能鉴定

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)8004菌株基因组中XC_3023注释为Hrp W蛋白基因。本研究利用生物信息学和分子生物学技术,对hrp W基因进行功能鉴定。生物信息学分析发现Hrp W蛋白具有Harpin特征:含有果胶裂解酶结构域,为酸性蛋白,富含甘氨酸和丝氨酸。转录分析结果发现hrp W基因自身有一较弱的启动子,受MMX基本培养基诱导表达。共转录分析结果表明hrp W基因与上游hrp E、hpa B基因共同转录。Western blotting和转运分析结果显示,Hrp W蛋白受Ⅲ型分泌系统(typeⅢsecretion system,T3SS)依赖分泌,但不转运。植株试验结果发现纯化的Hrp W蛋白能在烟草上诱发过敏反应(hypersensitive reaction,HR)。这些结果揭示XC_3023编码蛋白Hrp W为Ⅲ型分泌系统分泌的Harpin蛋白。