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食线虫真菌圆锥掘氏梅里霉进化与侵染机制的组学分析

食线虫真菌圆锥掘氏梅里霉进化与侵染机制的组学分析

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作者：郭倩楠中国农业科学院

学位级别：硕士

全球每年因植物寄生线虫造成的农业损失高达1 570亿美元。使用化学农药防治线虫对环境造成严重危害,而利用食线虫真菌控制植物寄生线虫低毒、环保,是实现绿色防控的有效手段。依据侵染方式,食线虫真菌分为捕食型真菌、卵寄生真菌和内寄... 详细信息

全球每年因植物寄生线虫造成的农业损失高达1 570亿美元。使用化学农药防治线虫对环境造成严重危害,而利用食线虫真菌控制植物寄生线虫低毒、环保,是实现绿色防控的有效手段。依据侵染方式,食线虫真菌分为捕食型真菌、卵寄生真菌和内寄生真菌三大类。较其他两种真菌相比,内寄生真菌作用更加专一,但是,该类真菌的研究报道极少,侵染线虫相关的分子机制仍有待阐明。圆锥掘氏梅里霉(Drechmeria coniospora)是典型的专性内寄生食线虫真菌,特异地侵染包括植物寄生线虫、昆虫寄生线虫和食细菌线虫在内的多种线虫,具有防治线虫病害的潜力。本研究通过分析圆锥掘氏梅里霉的进化和适应机制,揭示其侵染线虫的相关基因,系统分析侵染过程中重要的枯草杆菌蛋白酶Pr1C,取得如下结果:1.利用Solexa、Roche 454、PacBio RS II测序平台和光学图谱技术,对D.coniospora的全基因组进行了深度测序和辅助拼接,获得了高质量的全基因组完成图谱,基因组测序深度达457.9倍,scaffold N50为4.14 Mb。结果显示,D.coniospora共3条染色体,基因组大小为32.5 Mb,编码8 281个蛋白质,含有活跃的重复序列诱导的点突变系统。与其他23种已测序真菌的直系同源蛋白进行系统发育分析表明,D.coniospora起源于昆虫病原菌。在进化过程中,该菌通过从昆虫病原菌中获得侵染元件,扩张有利于在线虫中寄生的转运蛋白基因,同时逐渐丢失和减少用于腐生生活的降解基因、某些信号转导基因和次级代谢物合成基因,以适应其专性内寄生生活方式。2.以侵染线虫过程为基础,综合基因组和转录组分析发现,D.coniospora共编码312个SSP,其中,有210个SSP在侵染线虫时表达;共编码1 129个病原菌-宿主互作蛋白,占基因组编码序列的14.3%;D.coniospora中的致病相关基因通过逐步积累获得,而不像镰刀菌属真菌直接获得毒力岛。此外,孢子表面的类凝集素表面蛋白、疏水蛋白、粘附蛋白和含有CFEM结构域或GLEYA结构域蛋白等可能识别和介导线虫表面的蛋白质,完成吸附。枯草杆菌蛋白酶、金属蛋白酶和酸性磷酸酶在D.coniospora降解线虫体壁过程及侵入线虫体内发挥重要作用。D.coniospora基因组中共有17个次级代谢产物合成基因簇。通过质谱鉴定发现,梅里霉素是含有非常规氨基酸类似物AIB、AHMOD和AMD的非核糖体多肽次级代谢产物,表现出杀线虫活性。3.D.coniospora共有26个具有降解线虫体壁功能的枯草杆菌蛋白酶,其中13个为枯草杆菌蛋白酶Pr1C。通过结构域预测和系统发育分析,对枯草杆菌蛋白酶Pr1C进行了生物信息学分析,进一步明确了真菌中枯草杆菌蛋白酶Pr1C的分类学地位属于枯草杆菌蛋白酶pyrolysin家族。结果发现,枯草杆菌蛋白酶Pr1C除具有枯草杆菌蛋白酶共有的peptidase8结构域外,还具有fn3结构域。此外,其蛋白质序列C端约50 aa也较保守,与fn3结构域共同为Pr1C的特征序列。以特征序列为基础,建立枯草杆菌蛋白酶Pr1C的HMM模型,这一模型有助于今后枯草杆菌蛋白酶Pr1C的精确基因组注释。本研究通过对圆锥掘氏梅里霉遗传信息的基因组水平分析,初步揭示了D.coniospora侵染线虫的机制,为进一步研究该菌侵染线虫分子机理及开发高效生防线虫制剂奠定了工作基础。

关键词：内寄生食线虫真菌圆锥掘氏梅里霉进化机制侵染机制毒力因子

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