SsHADV-1影响核盘菌侵染油菜机制的解析

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核盘菌是一种重要的植物病原真菌,且寄主广泛,由其引起的菌核病危害严重,目前缺乏高效、绿色的防治手段。真菌病毒是侵染真菌的病毒,能够引起寄主致病力衰退的真菌病毒是潜在的生物防治资源。国内外学者已发现多种能够引起核盘菌致病力衰退的病毒,DNA病毒SsHADV-1就是其中之一。SsHADV-1具有强侵染力,其病毒粒子可侵染核盘菌菌丝,扩散受到寄主营养体不亲和性的影响小,具有良好的防治菌核病的前景。  为了研究SsHADV-1病毒引起核盘菌致病力衰退的机制,我们运用RNA-Seq技术比较了携带SsHADV-1的菌株DT-8和不携带病毒的菌株DT-8VF在活体油菜叶片上基因表达的差异。收集DT-8和DT-8VF的菌丝片段悬液,分别接种在活体油菜植株的叶片上,置于20℃光照培养室保湿培养。在接种油菜6hpi、12hpi、18hpi和24hpi时收取菌丝提取总RNA,测序后得到各个样本转录信息。  比较不同时间点时菌株DT-8中与菌株DT-8VF中基因的表达情况,在核盘菌接种油菜6hpi时,菌株DT-8中显著上调基因816个,显著下调基因587个;12hpi时显著上调基因795个,显著下调基因835个;18hpi时显著上调基因991个,显著下调基因717个;24hpi时显著上调基因981个,显著下调基因756个。此外,在6hpi、12hpi、18hpi和24hpi时均显著差异表达的基因达687个,其中上调基因435个,下调基因252个,下调的基因为次级代谢、聚糖代谢、蛋白结合、脂肪酸代谢相关等;均上调的为DNA修复、DNA重组和复制等相关基因。  对显著差异表达的基因进行GO功能分析、KEGG pathway富集分析,以及FunCat分析,结合三种分析方法可知,SsHADV-1的侵染主要影响了核盘菌自身的代谢途径和DNA损伤修复反应。其中显著性上调的基因富集到的通路有:DNA损伤和修复以及DNA复制相关,侵染初期有氧化还原相关和转运相关的通路,侵染后期与毒素转运相关通路以及氮代谢相关基因显著上调。显著性下调的基因富集到的通路为糖类代谢、脂类代谢、毒力因子以及解毒相关,碳水化合代谢通路和次级代谢通路相关基因在接种12hpi和18hpi时下调,菌株DT-8中糖基水解酶类(角质酶、蛋白酶、细胞壁降解酶等,参与碳水化合物代谢)基因显著下调。筛选获得了在菌株DT-8中显著下调的碳水化合物代谢酶类108个以及6个显著下调的小分泌蛋白,对于这些可能参与了核盘菌致病过程的酶类和分泌蛋白需进行进一步的分析和验证。  DNA病毒的侵染通常会激发寄主的DNA损伤修复反应,ku70和ku80是DNA损伤修复通路—非同源末端结合中的关键因子。与菌株DT-8VF相比,基因Ssku70和Ssku80在菌株DT-8侵染油菜6hpi、12hpi、18hpi和24hpi时上调达2倍至4倍,且菌株DT-8中这两个基因的表达量随时间递推而增加,而菌株DT-8VF中4个时间点下表达量几乎没有变化。为了探究这两个基因在核盘菌中的功能,本试验运用PEG介导原生质体转化的方法对菌株DT-8VF进行基因Ssku70和Ssku80的敲除,Ssku70得到5个敲除转化子,而Ssku80得到3个敲除转化子,由于核盘菌细胞具有多核的特性,qRT-PCR验证结果表明敲除转化子中基因Ssku70和Ssku80仍有表达,但表达量显著下降。对敲除转化子进行生物学性状的测定,发现基因Ssku70的敲除转化子的菌落形态发生了明显扇变,且菌丝更为致密,菌核形成速度减慢;而基因Ssku80的敲除转化子气生菌丝浓密,但菌核形成与菌株DT-8VF无明显差异。致病力测定试验结果表明所有KU敲除转化子的致病力均显著下降,尤其是基因Ssku70的敲除转化子致病力衰退更明显,且Ssku70和Ssku80的敲除转化子的致病力也存在统计学上的差异。推测Ssku70和Ssku80可能通过影响核盘菌的DNA损伤修复反应而影响其致病力,但是对病毒传播和积累的影响暂时未知。  本论文首次探究了病毒SsHADV-1、真菌与植物这三者互作过程中核盘菌代谢通路和基因的变化,发现破坏非同源末端结合通路中的Ssku70和Ssku80基因的敲除可以降低核盘菌的致病能力。本研究结果为解析病毒SsHADV-1引起的核盘菌衰退机制提供了可靠的数据和理论基础,也为揭示弱毒真菌中病毒与寄主的互作机制以及未来应用研究提供了参考依据。
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