柑橘黄龙病菌分泌蛋白ES40转基因植株抗性评价与转录组分析

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由候选韧皮杆菌属细菌(Candidatus Liberibacter spp.)引起的柑橘黄龙病(Citrus Huanglongbing,HLB)是世界上危害最大的柑橘病害,严重制约着全球柑橘产业的发展。根据16S r DNA基因序列的不同分为三个种:“Candidatus Liberibacter asiaticus”(CLas,亚洲种)、“Ca.L.africanus”(CLaf,非洲种)和“Ca.L.americanus”(CLam,美洲种)。我国发生的黄龙病主要由黄龙病菌亚洲种引起。目前,尚无对该病具有抗性的商业化栽培品种,对感病植株也缺乏有效治疗手段。由于该病病原菌还未实现离体纯培养,极大限制了对病原生物学、病原-植物寄主互作及抗病基因工程育种的研究。效应蛋白是由病原菌编码产生,能够直接干扰或影响寄主免疫反应的一类重要蛋白,在病原菌致病进程中发挥重要作用。黄龙病菌全基因组生物信息学分析表明该菌具有完整的Sec分泌系统。在模式植物-本氏烟上对黄龙病菌假定效应蛋白的研究表明:部分黄龙病菌分泌的效应蛋白参与病菌致病过程,调控寄主相关代谢,引起病害症状。但在柑橘植株上进行的相关研究鲜有报道。因此,有必要从黄龙病菌与柑橘互作的角度出发深入解析分泌效应蛋白的功能和作用机制。本研究以前期筛选到的一个具有胞外分泌且可抑制本氏烟细胞坏死的分泌蛋白ES40(CLIBASIA_04405)为研究对象,利用柑橘衰退病毒(Citrus tristeza virus,CTV)载体和转基因技术,实现ES40在柑橘植株内的表达;对转基因柑橘植株进行黄龙病菌和溃疡病菌(Xanthomonas citri subsp.citri,Xcc)的抗性评价;通过转录组测序技术,对转基因柑橘植株与转基因空载柑橘植株进行比较转录组学分析。获得的主要研究结果如下:1、利用CTV载体,成功构建携带ES40目的基因的CTV病毒表达载体重组质粒并完成侵染,但未能筛选到稳定表达的阳性本氏烟植株和柑橘植株。这可能与载体自身侵染能力不足导致所需侵染时间较长,柑橘植株防御反应,或本氏烟生长周期较短因素相关。2、通过农杆菌EHA105介导的遗传转化,将构建成功的表达载体整合到柑橘植株体内,共获得5株转基因柑橘植株。经GUS染色和RT-PCR验证,共筛选出3株表达ES40的转基因柑橘植株。3、对接种黄龙病菌的转ES40柑橘和空载柑橘进行病原菌相对表达量分析和症状观察。结果表明,转ES40柑橘第一次检出CLas的时间比空载柑橘早60 d左右,但植株间无显著表型差异。对转ES40柑橘、空载柑橘和野生型柑橘进行溃疡病菌叶片接种和症状观察发现,3组接种叶片病斑初现时期相同,在接种第8d转ES40柑橘叶片上的病斑扩展更快,发病更严重。以上结果初步表明:ES40基因的表达对病原菌的侵染具有潜在的促进作用。4、对转ES40柑橘和空载柑橘进行了转录组测序,二者之间共筛选到3318个基因差异表达,其中2402个上调,916个下调。转录组分析显示,ES40表达对细胞壁代谢、次级代谢、激素代谢、生物胁迫等通路具有显著影响。Mapman分析表明,ES40表达引起细胞壁、韧皮部、生长素相关基因的差异表达,对柑橘细胞壁结构和韧皮部HR反应造成影响;PR蛋白中相关受体类蛋白和抗病蛋白的下调表达,推测可能与转ES40柑橘的病害易感性相关。kunitz胰蛋白酶抑制剂的高度上调表达,可能与ES40的自我保护相关。此外,转ES40柑橘的相关防御机制被激活,但结合抗性评价分析,相关防御并未能有效抵挡病原入侵。
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