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莱氏野村菌(Nomuraea rileyi)在自然条件下可侵染多种鳞翅目昆虫,具备成为生物杀虫剂的特性。目前真菌杀虫剂几乎均以分生孢子为有效成分,但莱氏野村菌产孢需要特殊的生长条件,影响了其在生防中的应用。2012年,重庆大学王中康教授团队成功诱导出了莱氏野村菌微菌核(Microsclerotia,MS),可作为真菌杀虫剂有效成分。从此后,微菌核的形成机制成为研究热点。
普遍认为活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和氧化应激是刺激菌核形成的关键诱导剂。NADPH氧化酶(NADPH oxidase,Nox)是细胞中ROS的主要来源。本研究通过获得NrNoxA、NrNoxB和NrNoxR突变菌株,研究了NrNoxA、NrNoxB和NrNoxR在莱氏野村菌生长发育、微菌核形成以及毒力中的功能,取得初步成果:
①ROS对莱氏野村菌微菌核形成的影响
分别使用氧化剂和抗氧化剂处理莱氏野村菌,结果显示10-8M H2O2、10-6M H2O2分别促进微菌核产量提升26.37%、8.23%。抗氧化剂胁迫下莱氏野村菌MS的产量降低,1mg/mL、1.5mg/mL抗坏血酸处理后,微菌核的产量分别只有正常情况下的55.96%、67.08%。
②NrNoxA,NrNoxB,NrNoxR均在微菌核形成过程中高表达
qPCR检测NrNoxA、NrNoxB和NrNoxR基因在微菌核形成过程的表达水平,三个基因在微菌核中的表达模式相似,形成初期表达量不高;在发育阶段,成熟阶段等后期表达量持续升高。
③突变菌株的表型分析
△NrNoxA菌丝中ROS含量降低,△NrNoxR菌丝中ROS含量上升,△NrNoxB菌丝中ROS含量无变化。与野生型相比,敲除NrNoxA导致孢子萌发速率减慢,菌丝分支增多,菌落直径增大,产孢量减少,对细胞破坏剂敏感;敲除NoxB对菌株的基本生长情况影响不明显;敲除NrNoxR导致孢子萌发速率加快,菌丝分支减少,菌落直径增大,产孢量急剧减少,对细胞壁破坏剂、NaCl、KCl的敏感性增加。在微菌核诱导实验中,NrNoxA或NrNoxR的缺失严重影响微菌核的形成,然而△NrNoxB的MS产量以及总生物量均增加。此外还发现NrNoxR的缺失严重抑制的微菌核色素的形成。
④NrNoxA、NrNoxB主要影响对寄主的侵染过程,NrNoxR在侵染和虫体内生长均有影响
通过体表点滴和体内注射两种不同实验方法侵染斜纹夜蛾三龄幼虫。结果表明,△NoxR在两组实验中的毒力均发生下降;△NrNoxA、△NrNoxB在体表侵染实验中,毒力下降明显,而在体内注射实验中毒力变化不大。
⑤比较转录组分析敲除NrNoxR对细胞的影响
野生型与△NrNoxR的比较转录组结果显示二者之间有739个显著差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。DEGs的基因本体(Gene Ontology,GO)富集分析显示,NrNoxR对细胞膜和细胞膜组分,代谢进程和细胞进程,结合和催化功能等方面的影响较大。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集的结果表明NrNoxR对糖代谢、氨基酸代谢,次生物质代谢和脂类代谢有较大影响。经分析,多个与活性氧生成相关基因在△NrNoxR中补偿性上调表达,包括43个氧化还原酶,3个双加氧酶。
以上结果表明,NrNoxR与NrNoxA两个基因在莱氏野村菌应对外界胁迫、微菌核的发育以及菌株的毒力方面均发挥一定的作用,而NrNoxB基因在以上方面发挥的作用较小。
普遍认为活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和氧化应激是刺激菌核形成的关键诱导剂。NADPH氧化酶(NADPH oxidase,Nox)是细胞中ROS的主要来源。本研究通过获得NrNoxA、NrNoxB和NrNoxR突变菌株,研究了NrNoxA、NrNoxB和NrNoxR在莱氏野村菌生长发育、微菌核形成以及毒力中的功能,取得初步成果:
①ROS对莱氏野村菌微菌核形成的影响
分别使用氧化剂和抗氧化剂处理莱氏野村菌,结果显示10-8M H2O2、10-6M H2O2分别促进微菌核产量提升26.37%、8.23%。抗氧化剂胁迫下莱氏野村菌MS的产量降低,1mg/mL、1.5mg/mL抗坏血酸处理后,微菌核的产量分别只有正常情况下的55.96%、67.08%。
②NrNoxA,NrNoxB,NrNoxR均在微菌核形成过程中高表达
qPCR检测NrNoxA、NrNoxB和NrNoxR基因在微菌核形成过程的表达水平,三个基因在微菌核中的表达模式相似,形成初期表达量不高;在发育阶段,成熟阶段等后期表达量持续升高。
③突变菌株的表型分析
△NrNoxA菌丝中ROS含量降低,△NrNoxR菌丝中ROS含量上升,△NrNoxB菌丝中ROS含量无变化。与野生型相比,敲除NrNoxA导致孢子萌发速率减慢,菌丝分支增多,菌落直径增大,产孢量减少,对细胞破坏剂敏感;敲除NoxB对菌株的基本生长情况影响不明显;敲除NrNoxR导致孢子萌发速率加快,菌丝分支减少,菌落直径增大,产孢量急剧减少,对细胞壁破坏剂、NaCl、KCl的敏感性增加。在微菌核诱导实验中,NrNoxA或NrNoxR的缺失严重影响微菌核的形成,然而△NrNoxB的MS产量以及总生物量均增加。此外还发现NrNoxR的缺失严重抑制的微菌核色素的形成。
④NrNoxA、NrNoxB主要影响对寄主的侵染过程,NrNoxR在侵染和虫体内生长均有影响
通过体表点滴和体内注射两种不同实验方法侵染斜纹夜蛾三龄幼虫。结果表明,△NoxR在两组实验中的毒力均发生下降;△NrNoxA、△NrNoxB在体表侵染实验中,毒力下降明显,而在体内注射实验中毒力变化不大。
⑤比较转录组分析敲除NrNoxR对细胞的影响
野生型与△NrNoxR的比较转录组结果显示二者之间有739个显著差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。DEGs的基因本体(Gene Ontology,GO)富集分析显示,NrNoxR对细胞膜和细胞膜组分,代谢进程和细胞进程,结合和催化功能等方面的影响较大。KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集的结果表明NrNoxR对糖代谢、氨基酸代谢,次生物质代谢和脂类代谢有较大影响。经分析,多个与活性氧生成相关基因在△NrNoxR中补偿性上调表达,包括43个氧化还原酶,3个双加氧酶。
以上结果表明,NrNoxR与NrNoxA两个基因在莱氏野村菌应对外界胁迫、微菌核的发育以及菌株的毒力方面均发挥一定的作用,而NrNoxB基因在以上方面发挥的作用较小。