一种来自植物内生芽胞杆菌的新型抗魔芋软腐病菌蛋白

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魔芋是单子叶多年生草本植物,其球茎中富含的葡萄甘露聚糖在食品、医药、化工和农业中具有广泛的应用。软腐病是魔芋的主要病害,造成魔芋产量严重不足,是魔芋产业发展的重要障碍。魔芋软腐病的病原菌是胡萝卜软腐欧文氏菌胡萝卜软腐亚种。该病原菌除侵染魔芋之外,还能够导致白菜、花椰菜、萝卜、番茄、辣椒、豆类等多种植物的软腐病,是一种在世界范围内破坏性很大的重要病害。本研究从魔芋内生菌中筛选具有生防应用潜力的软腐病原菌拮抗菌,研究其产生的抗菌活性物质,期望获得新的抗病物质;构建农杆菌介导的花魔芋遗传转化体系,将高丝氨酸内酯酶基因(其编码产物降解软腐病原菌的群体感应调节系统的信号分子,抑制该系统调控的致病相关基因的表达)转入魔芋基因组,为研究该基因是否能够增加魔芋的抗病性奠定基础。本研究以花魔芋愈伤组织继代培养中出现细菌污染的愈伤组织为材料,分离花魔芋的内生菌,并从中筛选到能抑制软腐病原菌生长、产芽胞的杆状细菌BSn5。BSn5的16S rDNA与不同的枯草芽胞杆菌16S rDNA同源性较高,相似性最高为99.2%。BSn5和软腐病原菌同时接种的马铃薯切片无明显软腐症状,表明该菌能够削弱软腐病菌的致病力,具有作为生防菌剂的潜力。硫酸铵盐析法提取其胞外蛋白,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳或透析袋电泳纯化蛋白,SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳检测蛋白,提纯蛋白只含有一个31.6kD的蛋白。提纯蛋白具有抗菌活性,表明BSn5的抗菌活性物质为一种分子量为31.6kD的蛋白质,命名为APn5。蛋白质性质分析结果表明APn5对热不稳定,对蛋白酶K敏感,对胰蛋白酶不敏感。该蛋白与目前所知的枯草芽胞杆菌产生的抗菌物质的性质均不同,是一种新的芽胞杆菌抗菌蛋白。利用蛋白质末端测序获得APn5的N端15个氨基酸残基的序列,与芽胞杆菌鞭毛蛋白N端序列同源性达到100%。根据枯草芽胞杆菌168的鞭毛蛋白的核苷酸序列设计PCR扩增引物,从BSn5基因组中克隆到855bp的开放阅读框(ORF)。该ORF装载入大肠杆菌表达载体pGEX-6P-1,转化大肠杆菌BL21,获得的重组菌能够抑制软腐病原菌的生长,表明此855bp序列携有抗菌活性物质的遗传信息。翻译核苷酸序列为氨基酸序列,计算得出该蛋白的分子量为30.2kD,与APn5的分子量相近。此外,以花魔芋块茎为材料,研究了花魔芋愈伤组织的培养基、筛选剂和筛选时间等因素对转化效率的影响,建立了农杆菌介导的花魔芋遗传转化体系。通过两次转化,分别从300个花魔芋愈伤组织中得到了16个和18个具有潮霉素抗性的愈伤组织,其抗性愈伤率为5.33%和6.00%。获得的抗性愈伤组织进一步在分化培养基上进行分化,其分化效率为31.2%和22.2%。移栽后,分别得到了39株和36株成活植株。PCR检测结果表明分别有26株和21株再生花魔芋出现了高丝氨酸内酯酶基因的特异性扩增带型,其阳性率分别为66.7%和58.3%。随机挑取20个PCR阳性植株的DNA进行斑点杂交检测,结果表明高丝氨酸内酯酶基因已经整合入花魔芋基因组。
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