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水通道蛋白PIP1;3运输CO2与细菌效应子转运功能的转换机制

水通道蛋白PIP1;3运输CO2与细菌效应子转运功能的转换机制

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作者：马金彪南京农业大学

学位级别：硕士

水通道蛋白(AQPs,aquaporins)广泛存在植物细胞膜上,通过运输水分与二氧化碳等小分子物质参与植物的生长发育与光合作用。AQPs不仅拥有以前未知的生理功能,底物选择性远远超出“水通道”的原有概念,而且影响病菌对寄主的致病性和抗病性... 详细信息

水通道蛋白(AQPs,aquaporins)广泛存在植物细胞膜上,通过运输水分与二氧化碳等小分子物质参与植物的生长发育与光合作用。AQPs不仅拥有以前未知的生理功能,底物选择性远远超出“水通道”的原有概念,而且影响病菌对寄主的致病性和抗病性。目前关于水通道蛋白如何参与病菌致病研究较少,已有的研究表明Xoo(Xanthomonas oryzae ***)的T3转位子Hpa1与OsPIP1;3的相互作用帮助转位子的组建,将PthXo1向水稻细胞转运,PthXo1在寄主细胞内增加OsSWEET11基因的转录,促进糖分的转运利于病菌的侵染。以水稻日本晴为背景构建了 PIP1;3过表达与敲除突变体,在泰安与海口两地进行大田种植以研究其生理相关功能。与WT(WT,wildtype)相比OsPIP1;3的OE(OE,over expression)植株生物量平均增加27.0%,KO(KO,knock out)植株生物量减少30.5%。另外发现PIP1;3对水稻籽粒发育也有影响,与野生型相比OsPIP1;3过表达使谷粒重量增加了 21.3%,基因敲除使谷粒重量减少了 14.5%。通过测量在田间生长的WT,OE和KO株系的叶片的净光合速率AN与叶肉导度gm,发现与WT相比,不同的KO株系中的AN平均减少25%,并且OE株系平均增加27%。叶肉导度gm在OE#8上增加了 25.56%,在KO#9减少了 21.50%,这表明OsPIP1;3通过转运C02,增强植株光合作用。OsPIP1;3各株系接种PXO99A和ΔpthXo1/pthXo1-cya菌株后,检测0-96小时内的效应子PthXo1转运量以及AN与gm,发现OsPIP1;3在24小时后失去转运C02功能,转而介导病菌效应子PthXo1向水稻细胞转运,PthXo1进而激活靶标基因SWEET11表达,诱导细菌毒性和水稻发病。为了有效控制Xoo的侵染,对T3主要效应子PthXo1进行转运干扰,通过构建hpa1,hrpF单双敲除突变体,发现单双敲除两种转位子基因突变体的PthXo1转运量明显下降。再通过原核表达转位子基因hpa1,hrpF及其功能域,与磷脂酰肌醇抑制剂对水稻上受体进行干扰识别,接种PXO99A以及ΔpthXo1/pthXo1-cya菌株,发现干扰后明显降低效应子转运与病斑长度,显示了其在防治水稻白叶枯病菌中的应用价值。

关键词：水通道蛋白 OsPIP1 3 转位子蛋白 CO2运输 PthXo1

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