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苜蓿根瘤菌SGNH水解酶家族基因的共生固氮功能研究

苜蓿根瘤菌SGNH水解酶家族基因的共生固氮功能研究

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作者：林叶华中农业大学

学位级别：硕士

SGNH水解酶家族是一类在四个保守序列区上具有严格保守催化残基Ser、Gly、Asn和His的水解酶,该家族水解酶在动物、植物、微生物及菌植共生中都扮演着重要的角色。为了深入研究SGNH水解酶在共生固氮中的功能,本研究在课题组前期工作基础... 详细信息

SGNH水解酶家族是一类在四个保守序列区上具有严格保守催化残基Ser、Gly、Asn和His的水解酶,该家族水解酶在动物、植物、微生物及菌植共生中都扮演着重要的角色。为了深入研究SGNH水解酶在共生固氮中的功能,本研究在课题组前期工作基础上对苜蓿根瘤菌1021(Sinorhizobium meliloti 1021)的SGNH家族水解酶基因sm Est23及华癸中慢生根瘤菌7653R(Mesorhizobium huakuii 7653R)同源基因MCHK＿RS21235在共生固氮中的功能进行了鉴定和确认,对S.meliloti 1021中的另外两个SGNH水解酶sm Est25、sm Est24的功能也予以了探讨,旨在揭示SGNH水解酶家族在根瘤菌与豆科植物共生固氮过程中的作用,研究结果如下:构建了苜蓿根瘤菌sm Est23的缺失突变体,并对其接种Medicago truncatula A17和R108两种蒺藜苜蓿品系的共生表型进行了盆栽检测。结果显示:以R108为宿主植物时,接种突变体的植株在地上部分鲜重、瘤重、固氮酶活均显著低于野生型。菌株回补后可恢复为正常表型,超表达sm Est23的菌株与野生型菌株的共生表型无显著差异。上述结果表明sm Est23参与了苜蓿根瘤菌的共生固氮,SGNH家族水解酶基因的功能与共生固氮相关。早期侵染事件观察结果显示,sm Est23缺失不会影响共生早期侵染线和根瘤原基的形成。荧光定量PCR检测结果显示sm Est23在共生30天左右表达量最高,推测其可能在共生中后期有较活跃的功能。紫云英根瘤菌7653R SGNH家族水解酶同源基因MCHK＿RS21235突变体的共生表型与sm Est23相似,且sm Est23基因可以异源互补MCHK＿RS21235缺失带来的表型缺陷。Sm Est23和MCHK＿RS21235经蛋白表达、纯化和体外酶活测定后显示二者均具有酯酶活性,可水解特定底物,且Sm Est23粗酶液可外源回补7653RΔMCHK＿RS21235的结瘤能力。sm Est23在7653R中超表达后菌株的共生效率显著提高,为根瘤菌剂的开发和利用带来新思路。考虑到基因冗余,sm Est23功能可能会被同家族其他基因掩盖,本研究利用Crisper/cas9技术构建了S.meliloti 1021另外两个同家族SGNH水解酶基因的突变体,即1021Δsm Est24、1021Δsm Est25,并在1021Δsm Est23的基础上进一步构建了双基因突变体1021Δsm Est23Δsm Est24、1021Δsm Est23Δsm Est25,且在两个品种的蒺藜苜蓿上进行了共生表型检测,结果显示双突变菌株表现为固氮缺陷叠加,表明1021中的几个SGNH家族水解酶基因可能协同发挥作用。

关键词：苜蓿中华根瘤菌1021 华癸中慢生根瘤菌7653R SGNH水解酶家族共生固氮菌植互作

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SsNep2调控核盘菌对小麦益生及其作用机制研究

SsNep2调控核盘菌对小麦益生及其作用机制研究

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中国植物病理学会2023年学术年会

作者：陈子杨郝萌方安菲王静杨宇衡毕朝位余洋田斌年长江上游农业生物安全与绿色生产教育部重点实验室西南大学西南大学植物保护学院

核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一种世界性分布的典型死体营养型的植物病原真菌,其寄主范围广泛且可引起多种作物菌核病,在我国油菜和大豆产区造成严重的经济损失。然而,近期研究显示核盘菌可以在禾本科小麦中内生生长,不仅可以促... 详细信息

核盘菌(Sclerotinia sclerotiorum)是一种世界性分布的典型死体营养型的植物病原真菌,其寄主范围广泛且可引起多种作物菌核病,在我国油菜和大豆产区造成严重的经济损失。然而,近期研究显示核盘菌可以在禾本科小麦中内生生长,不仅可以促进小麦的生长、增加产量,而且还能够增强小麦对赤霉病等多种真菌病害的抗病能力。本研究发现SsNep2在核盘菌定殖小麦根部过程中被显著诱导表达。SsNep2蛋白共有245个氨基酸,具有一个NPP1的诱导坏死结构域和22个氨基酸长的信号肽。前期研究表明SsNep2参与调控核盘菌对油菜等双子叶寄主植物的致病过程,但是其作用机制目前尚不清楚。为探究其是否参与调控核盘菌对小麦的内生和益生过程,本研究通过PEG介导的原生质体转化获得SsNep2敲除突变体,SsNep2敲除菌株对小麦的定殖能力和促生能力与野生型菌株相比明显降低,而互补转化子对小麦的定殖能力和促生能力得到了恢复,说明该基因参与调控核盘菌对小麦的定殖和益生作用。为深入研究SsNep2调控核盘菌对小麦内生和益生作用机制,本研究后续将通过酵母双杂技术筛选小麦中SsNep2的互作靶标,利用基因编辑等技术研究SsNep2参与调控核盘菌对小麦益生作用机理。研究结果将有助于核盘菌作为益生菌在禾本科小麦中内生的机制解析,增强对核盘菌的认知。

关键词：核盘菌小麦 SsNep2 益生作用菌植互作

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