農(nóng)林學(xué)類(lèi)論文-番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因研究進(jìn)展.doc_第1頁(yè)
農(nóng)林學(xué)類(lèi)論文-番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因研究進(jìn)展.doc_第2頁(yè)
農(nóng)林學(xué)類(lèi)論文-番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因研究進(jìn)展.doc_第3頁(yè)
農(nóng)林學(xué)類(lèi)論文-番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因研究進(jìn)展.doc_第4頁(yè)
農(nóng)林學(xué)類(lèi)論文-番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因研究進(jìn)展.doc_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩7頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶(hù)提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

農(nóng)林學(xué)類(lèi)論文-番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因研究進(jìn)展作者:張?jiān)戮曛煨阈汴愋纶w廷昌論文關(guān)鍵詞無(wú)毒基因;抗病基因;植物防御反應(yīng);過(guò)敏性壞死反應(yīng)論文摘要番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病是影響番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的重要病害,Pseudomonassyringaepv.tomato(Pst)為其病原菌,其與番茄的互作系統(tǒng)是研究植物抗感病機(jī)理的典型模式系統(tǒng)。Pst存在2種無(wú)毒基因:avrPto和avrPtoB,它們編碼的蛋白質(zhì)均能與番茄抗性基因P0編碼的serThr蛋白激酶互作,符合Flor“基因?qū)颉睂W(xué)說(shuō)。AvrPto和AvrPtoB在表達(dá)Pto的抗性植物中,與Pto互作,表現(xiàn)無(wú)毒功能,引發(fā)植物防御反應(yīng);而在缺失Pto的感病植物中,它們具有毒性,促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng)。本文綜述了番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌無(wú)毒基因avrPto及avrPtoB的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能,這有助于了解病原物與植物的互作機(jī)制,對(duì)認(rèn)識(shí)植物的感病性、抗病性以及植物防御反應(yīng)都具有重要意義。番茄是重要的經(jīng)濟(jì)作物,每年因病蟲(chóng)危害,造成其大量減產(chǎn)。番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病是危害番茄生產(chǎn)的重要病害之一,為一種世界性病害,主要危害番茄的葉、莖、花、葉柄和果實(shí)。自1933年首次報(bào)道以來(lái),在全球26個(gè)國(guó)家均有發(fā)現(xiàn),我國(guó)也于1998年發(fā)現(xiàn)。據(jù)報(bào)道,該病可造成575的產(chǎn)量損失。該病的病原菌是丁香假單胞番茄致病變種Pseudomonassyringaepv.tomato(Pst)。Pst與番茄的互作系統(tǒng)是研究病原物與植物互作的典型模式系統(tǒng),該系統(tǒng)的無(wú)毒基因(avirulencegene,avr)和抗病基因(resistencegene,R)符合Flor“基因?qū)颉睂W(xué)說(shuō)。當(dāng)病原物中存在無(wú)毒基因avrPto或avrPtoB,寄主中存在并表達(dá)相應(yīng)抗病基因Pto時(shí),無(wú)毒蛋白就會(huì)與抗病蛋白相識(shí)別,激活植物防御反應(yīng)系統(tǒng),引起過(guò)敏性壞死反應(yīng)(hypersensitivereaction,HR),從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)。本文綜述了番茄細(xì)菌性斑點(diǎn)病無(wú)毒基因avrPto及avrPtoB的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能,從無(wú)毒基因的角度闡述病原物與植物的互作機(jī)制,這對(duì)認(rèn)識(shí)植物的感病性、抗病性以及植物防御反應(yīng)都具有重要意義。1病原菌Pseudomonassyringaepv.tomatoPseudomonassyringae是農(nóng)業(yè)上重要的植物病原細(xì)菌,根據(jù)其宿主特異性,該菌可分為50多個(gè)致病變種Pst是其中的一個(gè)致病變種,該菌菌體短桿狀,直或稍彎,單細(xì)胞,大小為(0.11)m(1.54)m,革蘭氏陰性,在含蔗糖的培養(yǎng)基上能產(chǎn)生綠色熒光,超過(guò)41不能生長(zhǎng)。該菌株能夠侵染番茄和擬南芥。Pseudomonassyringaepv.tomatoDC3000是Pseudomonassyringaepv.tomato的模式種,2003年C.R.Buell等報(bào)道了它的全基因組序列,這是丁香假單胞菌屬中第一個(gè)被完全測(cè)序的菌株,此工作的完成為研究Pst的致病機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。Pst存在2個(gè)小種:0號(hào)小種和1號(hào)小種,2個(gè)小種的區(qū)別在于它們對(duì)抗病番茄具有不同的毒力。在抗病番茄上接種Pst的0號(hào)小種,植物會(huì)產(chǎn)生HR反應(yīng);而在抗病番茄上接種1號(hào)小種,Pst大量增殖,引起感病反應(yīng)。如果將O號(hào)小種或1號(hào)小種接種于不表達(dá)Pro的感病番茄植株上,它們都會(huì)引起番茄的感病反應(yīng)。2無(wú)毒基因簡(jiǎn)介植物機(jī)體內(nèi)存在防御機(jī)制,當(dāng)植物受到病原菌侵襲時(shí),能夠檢測(cè)到病原菌,從而延遲或抑制疾病的發(fā)生。植物的防御反應(yīng)包括兩種:一種是基礎(chǔ)防御反應(yīng),包括細(xì)胞壁的加厚,防御相關(guān)蛋白的表達(dá)等;另一種是依賴(lài)于抗性蛋白的HR反應(yīng),是指在抗病植物中存在抗病基因(R),其表達(dá)的抗病蛋白(R蛋白)能夠識(shí)別病原菌型分泌系統(tǒng)(typesecretionsystem,TTSS)的效應(yīng)因子,與之互作,從而激活植物防御反應(yīng)系統(tǒng),引起過(guò)敏性壞死反應(yīng)(HR),過(guò)敏性壞死反應(yīng)的主要表現(xiàn)就是引起侵染位點(diǎn)的局部快速的程序性壞死反應(yīng)(programedcelldeath,PCD),從而抑制侵染位點(diǎn)病原菌的生長(zhǎng)和擴(kuò)展。病原菌必須克服植物防御反應(yīng),從中獲得營(yíng)養(yǎng)得以增殖,才能夠使植物發(fā)病。很多革蘭氏陰性菌侵襲植物都需要TTSS,病原菌通過(guò)TTSS將效應(yīng)蛋白注入植物體內(nèi),這些蛋白進(jìn)入寄主細(xì)胞后,可以通過(guò)修飾或改變寄主的關(guān)鍵蛋白來(lái)促使植物發(fā)病。目前已鑒定了50多種可以進(jìn)入寄主細(xì)胞的病原菌效應(yīng)蛋白,這些效應(yīng)蛋白進(jìn)入寄主細(xì)胞后,修飾或改變寄主的關(guān)鍵蛋白以改變植物的生理狀態(tài),抑制植物防御反應(yīng),從而提高病原菌的生存適合度,最終導(dǎo)致其大量增殖,致使植物發(fā)病。TTSS中編碼型泌出通道的hrp(HRandpathogenicity)和hrc(HRandconserved)基因、編碼效應(yīng)蛋白的avr(avirulence)和hop(Hrpdependentoutprotein,依賴(lài)hrp的泌出蛋白)基因,均決定著植物病原細(xì)菌在寄主和非寄主植物上的反應(yīng)。無(wú)毒基因是病原菌的遺傳因子,其編碼產(chǎn)物能夠激發(fā)病原物與寄主特異性互作。病原物無(wú)毒基因與植物抗病基因產(chǎn)物之間相互作用導(dǎo)致產(chǎn)生的基因?qū)蚩剐允侵参锟共⌒缘闹匾问?。無(wú)毒基因(avr)被認(rèn)為是一類(lèi)兩性效應(yīng)因子(bifunctionaleffector),在決定病原細(xì)菌的無(wú)毒性和致病性?xún)煞矫婢鹱饔茫涸诤パa(bǔ)抗病基因植物中表現(xiàn)無(wú)毒效應(yīng),而在不含互補(bǔ)抗病基因植物中顯示毒性效應(yīng)。雖然大部分無(wú)毒蛋白的功能至今還不清楚,但已探清一些無(wú)毒蛋白的氨基酸序列和已知蛋白序列同源,如avrBs3、pthA以及avrb6都具有NLS(nuclearlocalizationsignal)序列,將含有放射性標(biāo)記的基因嵌入到NLS區(qū),能定位到細(xì)胞核中。這就表明,定位于細(xì)胞核對(duì)于發(fā)揮無(wú)毒基因功能是必要的。Pst存在2種無(wú)毒基因:無(wú)毒基因avrPto和avrPtoB。這2種無(wú)毒基因均已克隆并獲得全序列,1992年從Pst的O號(hào)小種中克隆到無(wú)毒基因avrP-to,2002年又克隆到了無(wú)毒基因avrPtoB。avrPto和avrPtoB序列一致性很低,分別編碼具有18ku和59ku的蛋白質(zhì)。關(guān)于它們的功能,2005年N.C.Lin等構(gòu)建了DC3000avrPto、avrPtoB以及avrPtoavrPtoB突變體,分別接種于感病番茄上,發(fā)現(xiàn)野生型DC3000引起的癥狀較單突變體的癥狀嚴(yán)重,單突變體的癥狀又較雙突變體嚴(yán)重,而菌群數(shù)量沒(méi)有差別。由此可見(jiàn),avrPto和avrPtoB是Pseudomonassyringaepv.tomatoDC3000上僅有的無(wú)毒基因。AvrPtoPto和AvrPtoBPto符合Flor“基因?qū)颉睂W(xué)說(shuō)。AvrPto和AvrPtoB通過(guò)TTSS進(jìn)入到植物體中,在缺失Pto的感病番茄中,它們是毒性因子,能夠促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng);在表達(dá)Pto的抗病番茄中,它們作為無(wú)毒因子,能夠引起宿主的HR反應(yīng)。Pto存在于抗病番茄中,編碼一個(gè)絲氨酸一蘇氨酸(Ser-Thr)的蛋白激酶,它能特異性的識(shí)別avrPto或avrPtoB編碼的無(wú)毒蛋白,激活植物防御反應(yīng)系統(tǒng),從而引發(fā)植物的抗病反應(yīng)。3無(wú)毒基因avrPto31avrPto基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無(wú)毒基因avrPto存在于PstO號(hào)小種中,于1992年首次分離。無(wú)毒基因avrPto編碼一個(gè)由164個(gè)氨基酸組成的18ku親水性蛋白質(zhì),其N(xiāo)末端具有十四烷基結(jié)構(gòu)域和棕櫚酸鹽結(jié)構(gòu)域,這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域能將蛋白定位并穩(wěn)定于植物細(xì)胞膜上。缺失N末端十四烷基結(jié)構(gòu)域的AvrPto突變體G2A,不能將AvrPto定位于植物細(xì)胞膜上,也不能與Pto互作,從而不能引起基于Pto介導(dǎo)的抗病反應(yīng)。因此,推測(cè)無(wú)毒蛋白AvrPto在Pst的細(xì)胞質(zhì)中合成,通過(guò)TTSS進(jìn)入到植物細(xì)胞中,在植物細(xì)胞膜上與Pto識(shí)別、互作、引起植物的抗病反應(yīng)。AvrPto和其他無(wú)毒蛋白一樣,在GenBank和EMBL中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它的同源序列。avrPto啟動(dòng)子上游具有hrp基因簇,該基因簇位于-42至-34區(qū)域,能夠調(diào)節(jié)avrPto的表達(dá),缺失突變-34區(qū)域能引起avrPtomRNA表達(dá)量急劇下降,因此該位點(diǎn)可能是轉(zhuǎn)錄因子的識(shí)別位點(diǎn)。-37至-31的核苷酸序列TGGAACC,除了存在于avrPto的上游以外,也存在于其他很多無(wú)毒基因的上游,例如,avrPph3、avrB、avrC、avrD、avrRpt2以及hrpAB、hrpF、hrpS。但是,還沒(méi)有直接的試驗(yàn)結(jié)果證明該位點(diǎn)是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。分析AvrPtoPto互作的晶體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)AvrPtoPro的互作依賴(lài)于AvrPto的一端的螺旋束和GINP結(jié)構(gòu)域(Gly-Ile-Asn-Pro),它們分別能夠與Pro蛋白激酶的P-1環(huán)和P+1環(huán)結(jié)合。32avrPto的無(wú)毒功能avrPto在表達(dá)Pto的抗病番茄上具有無(wú)毒功能,在缺失Pto的感病番茄上具有毒性功能。將Pst1號(hào)小種接種于表達(dá)Pto的抗病番茄中,引起寄主的HR反應(yīng);將avrPto采用農(nóng)桿菌的方法轉(zhuǎn)化到表達(dá)Pto的Nicotianatabacum和N.benthamiaria的葉片中,能夠引起煙草的HR反應(yīng)。說(shuō)明AvrPto是一個(gè)能夠單獨(dú)起作用無(wú)毒因子,番茄Pto基因家族的成員能夠直接或間接地識(shí)別它,引起抗病反應(yīng)。1996年Tang等通過(guò)酵母雙雜交系統(tǒng)分析AvrPto和Pto是否能直接互作,結(jié)果表明,AvrPto能與Pto發(fā)生高度特異性互作,而與Pto基因家族的其他成員不能互作。迄今為止,通過(guò)純化的蛋白還不能證明AvrPto和Pto能否在體外互作,因此還不能證明是否有其他宿主蛋白參與互作。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)要激活植物抗性,除了需要AvrPto和Pto外,還需要富含亮氨酸重復(fù)(leucine-richrepeat,LRR)的Prf蛋白、Fbox蛋白SGTl以及HSP90。為了研究AvrPtoPto互作機(jī)制,Shan等構(gòu)建了AvrPto的多個(gè)突變體,發(fā)現(xiàn)AvrPto的164個(gè)氨基酸并不都是與Pto互作所必需的。Lin等構(gòu)建重組AvrPto蛋白,即第19個(gè)氨基酸包含十四烷基化結(jié)構(gòu)域和十六?;Y(jié)構(gòu)域和部分AvrPto蛋白(29133)組成融合蛋白,通過(guò)農(nóng)桿菌方法轉(zhuǎn)化到表達(dá)Pro基因的抗性番茄中,發(fā)現(xiàn)仍然能夠引起HR反應(yīng);去掉N末端的30個(gè)氨基酸以及C末端的40個(gè)氨基酸也不影響AvrPto與Pto在酵母雙雜交系統(tǒng)中的互作,說(shuō)明AvrPto的N末端和C末端并不是AvrPtoPto互作所必需的;點(diǎn)突變AvrPto蛋白164個(gè)氨基酸中的60個(gè)不影響其與Pto的互作。一直以來(lái),人們認(rèn)為AvrPto與Pro互作激活了Pto的激酶活性,然而,最近研究AvrPtoPto復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),AvrPtoPto互作并沒(méi)有改變Pto激酶活性,而是激活了Prf的活性。在缺失AvrPto時(shí),Pto激酶上的-1與P+1環(huán)能夠抑制Prf活性,從而抑制其介導(dǎo)的抗性反應(yīng);一旦AvrPto與Pto互作,Pro激酶上的1和P+1就會(huì)和AvrPto上的螺旋束以及GINP結(jié)構(gòu)域(Gly-IleAsn-Pro)互作,從而改變了Pto與Prf原有的互作方式,激活Prf,引起Prf介導(dǎo)的抗病反應(yīng)。研究還發(fā)現(xiàn)AvrPto有2個(gè)顯著的結(jié)構(gòu)域,其中由S94、I96和G99所編碼AvrPto的結(jié)構(gòu)域?qū)τ谧R(shí)別Pto蛋白中N145、P146、S147和S153編碼的結(jié)構(gòu)域很重要,它們可能參與AvrPtoPto互作。33avrPto的其他功能AvrPto除了能夠和Pto互作,引發(fā)Pto介導(dǎo)的抗病反應(yīng)之外,還能夠抑制番茄上非寄主病原菌引起的HR反應(yīng)。Pseudomonassyringaepv.tomatoTl是N.benthamiana的非寄主病原菌,它能夠在Nbentharniana上引起HR反應(yīng)。然而在此植株上如果同時(shí)接種Pseudomonassyringaepv.tomatoT1和P.s.pv.tomatoDC3000時(shí),這種壞死反應(yīng)就會(huì)被延遲;對(duì)AvrPto的突變體研究發(fā)現(xiàn),AvrPto的某些結(jié)構(gòu)域?qū)τ谝种芇CD是必須的,如G2A,P146L以及N末端的12個(gè)氨基酸。因此,抑制宿主PCD反應(yīng)是成功侵染宿主植物的策略之一。4無(wú)毒基因avrPtoBavrPtoB廣泛存在于植物病原細(xì)菌各菌屬中,包括假單胞菌屬(Pseudornonas)、黃單胞菌屬(Xanthornonas)、雷爾氏菌屬(Ralstonia)和歐文氏菌屬(Erwinia)。無(wú)毒蛋白AvrPtoB一方面在感病植株中能夠增加細(xì)菌的毒性,抑制番茄免疫反應(yīng)及PCD,促進(jìn)細(xì)菌的生長(zhǎng);另一方面在抗病植物中,AvrPtoB通過(guò)型分泌系統(tǒng)進(jìn)入植物細(xì)胞,與抗性蛋白Pto互作,引發(fā)HR反應(yīng)。41avrPtoB的發(fā)現(xiàn)avrPtoB是偶然發(fā)現(xiàn)的,在研究avrPto時(shí),將avrPto的缺失突變菌株接種于表達(dá)Pto的抗病番茄中,結(jié)果發(fā)現(xiàn)仍然存在HR反應(yīng)。這就表明在丁香假單胞菌中可能存在第2個(gè)無(wú)毒基因,它和avrPto一樣,能夠與Pto互作,引起抗性反應(yīng)。為了分離出該基因,Kim等利用酵母雙雜交系統(tǒng),以Pto蛋白為誘餌,在P.s.pv.tomatoDC3000的文庫(kù)中篩選和Pto互作的基因,進(jìn)而找到了avrPtoB。進(jìn)一步研究證明AvrPto和AvrPtoB都是引起Pto介導(dǎo)的植物抗病的效應(yīng)因子。42avrPtoB的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)avrPtoB編碼一個(gè)59ku的蛋白質(zhì),該蛋白是一個(gè)組成性的蛋白質(zhì),可以分為N末端和C末端兩部分,Abranmovitch等構(gòu)建了僅包括N端1308個(gè)氨基酸序列的AvrPtoBC末端缺失突變體,發(fā)現(xiàn)該突變體能夠在酵母雙雜交系統(tǒng)中與Pto互作,并能引起N.bentharniana的HR反應(yīng)。由此可見(jiàn),AvrPtoB的N端是其與Pto互作所必需的。AvrPtoB的C端(308533)具有CDS(celldeathsuppressor)的活性,能夠抑制寄主植物的PCD反應(yīng)。同時(shí)其還具有的GINP結(jié)構(gòu)域,雖然對(duì)于AvrPtoBPto的互作沒(méi)有影響,但會(huì)影響Pto引起的HR反應(yīng)。Kim等構(gòu)建GINP位點(diǎn)突變體發(fā)現(xiàn),AvrPtoBC末端的44個(gè)氨基酸對(duì)于抑制細(xì)胞程序性壞死反應(yīng)是必須的,當(dāng)突變?cè)?4個(gè)氨基酸,AvrPtoB突變體就會(huì)引起,N.bentharniana上的程序性壞死反應(yīng),這種PCD反應(yīng)的獲得表明AvrPtoB的CDS活性能夠

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶(hù)所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶(hù)上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶(hù)上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶(hù)因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論