大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的应用

文档序号:1900825 发布日期:2021-11-30 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的应用 (Application of verticillium dahliae acetolactate synthase catalytic subunit gene VdIV 2B ) 是由 邵胜楠 都业娟 黄家风 于 2021-09-09 设计创作,主要内容包括:本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶(AHAS)催化亚基基因VdILV2B的应用,属于功能基因技术领域。以敲除突变体ΔVdILV2B和互补突变体为实验对象,分别从生长发育、致病力方面分析VdILV2B的作用,结果表明ΔVdILV2B菌落生长速度提高并产生更多的气生菌丝;微菌核产量显著减少;产孢量显著下降;致病力显著下降;VdILV2B也是支链氨基酸合成的必需基因,VdILV2B参与亮基酸合成。又鉴于AHAS是除草剂的作用靶点,VdILV2B可在防治棉花黄萎病中进行应用。本发明对大丽轮枝菌的防控和开发新型杀菌剂具有重要价值,对促进棉花安全生产具有重要现实意义。(The invention provides an application of verticillium dahliae acetolactate synthase (AHAS) catalytic subunit gene VdILV2B, belonging to the technical field of functional genes. The knockout mutant delta VdIV 2B and the complementary mutant are taken as experimental objects, the effect of VdIV 2B is analyzed from the aspects of growth, development and pathogenicity respectively, and the result shows that the growth speed of the delta VdIV 2B colony is improved and more aerial hyphae are produced; the yield of microsclerotia is obviously reduced; the spore yield is obviously reduced; the pathogenicity is obviously reduced; VdILV2B is also an essential gene for branched chain amino acid synthesis, and VdILV2B is involved in leucine synthesis. In addition, because AHAS is the action target of herbicide, VdIV 2B can be applied to the prevention and treatment of cotton verticillium wilt. The invention has important value for preventing and controlling verticillium dahliae and developing novel bactericides and has important practical significance for promoting the safe production of cotton.)

大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的应用

技术领域

本发明属于功能基因技术领域,具体涉及大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的应用。

背景技术

大丽轮枝菌(Verticillium dahliae),属于半知菌亚门轮枝菌属真菌。大丽轮枝菌的寄主范围极广,国外报道可为害38科660种植物,其中农作物 184种,杂草153种。我国经鉴定,寄主植物至少20科80种,大田作物包括向日葵、茄子、辣子、番茄、烟草、马铃薯、甜瓜、西瓜、黄瓜、花生、菜豆、绿豆、大豆、芝麻、甜菜等,一般禾本科作物如水稻、麦类、玉米、谷子、高梁等不受侵害。大丽轮枝菌是引起棉花黄萎病的主要病菌,产生致病毒素和导管堵塞是致病的主要致病机制。大丽轮枝菌所产轮枝菌素 (VD-toxin)是致萎的主要原因。导管堵塞的原因:一是菌丝及分生孢子大量繁殖。二是病菌侵入寄主后,刺激邻近的薄壁细胞产生凝胶体、树胶和侵填体。三是病菌侵入后产生果胶酶,分解细胞和细胞壁中的胶状物质和果胶物质,引起组织解体,从而堵塞导管。

微菌核在侵染循环中起着重要作用,大丽轮枝菌侵染植物时在维管束中产生大量的微菌核,随着植物残留物的逐渐分解释放到土壤中,成为下一年的初侵染源。微菌核对不良环境具有较强的抵抗能力,可以在病残体及土壤中存活长达8~10年。常规防治方法很难对其进行有效防治,致使该病防治一直是棉花生产上的难题,因此微菌核形成和真菌毒力的分子机制对于制定新的防治策略至关重要。

乙酰乳酸合成酶(Acetohydroxyacid synthase,简称AHAS或ALS,EC 2.2.1.6)是植物和微生物体内催化缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸3种支链氨基酸生物合成途径中的第一个关键酶。由于哺乳动物中缺乏该酶,以此酶为靶向开发的抑制剂,如磺酰脲类、咪唑啉酮类、嘧啶氧苯甲酸类和三唑嘧啶磺酰胺类除草剂对哺乳动物具有生物安全性,因此,有关AHAS的研究更多的集中在其生化结构方面。

AHAS由催化亚基(CSU)和调节亚基(RSU)组成,在缺乏RSU的条件下,AHAS酶活性降至全酶活性的15%以下,RSU对CSU的催化活性具有激活作用,因此实现AHAS全酶活性2个亚基都必不可少。CSU序列在大多数AHAS中都是保守的,RSU序列在不同AHAS间保守性却很低,但是RSU都有保守的包含支链氨基酸结合位点的ACT结构域,该结构域与代谢、信号转导和溶质运输等功能有关,是RSU激活CSU催化活性的重要元件。RSU的ACT结构域不仅能够激活同源的催化亚基,也能激活来自不同物种(植物、真菌和细菌)的异源催化亚基。AHAS的一个重要特征是反馈抑制,即支链氨基酸产物能够负调控全酶活性。

由于缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸3种支链氨基酸的简写分别是I、L、V,通常将细菌和真菌中表达AHAS的基因表示为ILVx,如将真菌AHAS催化亚基基因命名为ILV2;大肠杆菌表达AHASⅠ、AHASⅡ和AHASⅢ的基因分别表示为ilvBN、ilvGM和ilvIH。研究发现,致病真菌的AHAS不仅参与支链氨基酸合成,也与病原菌致病力密切相关。白色念珠(Candidaalbicans) 的CSU基因ILV2敲除导致病原菌生存率减弱、致病力显著下降(Kingsbury,2010);禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)的CSU基因FgILV2敲除导致气生菌丝和红色素减少,ΔFgIlV2突变体完全丧失致病性(Liu et al.,2015);稻瘟病菌MoIlV2亚细胞定位于线粒体上,MoIlV2基因敲除导致稻瘟菌不产生分生孢子梗和分生孢子、附着胞穿透下降和致病力显著下降(Du et al., 2013)。然而目前大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶调节亚基基因(VDAG_03688,命名为VdILV2B)的功能尚未明确。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基VdILV2B基因的新应用,明确VdILV2B基因在大丽轮枝菌的致病机制的作用,为防治大丽轮枝菌以及开发新型杀菌剂提供依据。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌致病力中的应用。

优选的,所述大丽轮枝菌致病力表现在病情指数、维管束变褐程度和在寄主的定殖能力上。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌亮氨酸合成中的应用。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌繁殖体和/或休眠体中的应用。

优选的,所述繁殖体包括分生孢子。

优选的,所述休眠体包括微菌核。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在调控大丽轮枝菌生长速度中的应用。

优选的,所述大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。

本发明提供了一种用于防治棉花病害的杀菌剂,其特征在于,主要活性成分包括降低大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B表达的试剂。

优选的,所述降低大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B表达的试剂包括酰脲类除草剂和/或嘧啶水杨酸类除草剂。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B作为药物靶点在防治棉花黄萎病中的应用。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌致病力中的应用。本发明以敲除突变体ΔVdILV2B和互补突变体为实验对象,分别从病情指数、维管束变褐程度、在寄主体内定殖能力等方面分析VdILV2B基因缺失可导致大丽轮枝菌减弱维管束变褐程度,VdILV2B基因敲除使大丽轮枝菌在棉花茎中的定殖受到一定阻碍,而互补菌株与野生菌株V592在致病力方面表现一致。可见VdILV2B基因大丽轮枝菌致病力相关。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌生物合成中的应用。本发明以敲除突变体ΔVdILV2B和互补突变体为实验对象,在营养缺陷型培养基上通过外源添加氨基酸来阐明亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸营养缺陷型培养基对菌丝生长的影响,结果表明,5mM Leu 对V592和ΔVdILV2B敲除突变体以及互补体ECVdILV2B均有反馈抑制作用, V592相较于敲除体与互补体反馈抑制作用最强;5mM Leu抑制了VdILV2B基因的表达,VdILV2B参与Leu的生物合成途径。同时采用磺酰脲类除草剂和嘧啶水杨酸类除草剂分别处理野生型V592,结果表明两种除草剂均明显抑制了大丽轮枝菌的生长,V592不产生微菌核,同时下调了VdILV2B基因的相对表达量,且表达量的变化呈浓度依赖性。因此,VdILV2B是支链氨基酸合成的必需基因,VdILV2B参与支链氨基酸合成。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌繁殖体和休眠体产量中的应用。本发明以敲除突变体ΔVdILV2B和互补突变体以及野生型菌株V592为实验对象,测定不同菌株的产孢量,在接种第7d时ΔVdILV2B突变体产孢量(分生孢子)均显著低于野生型菌株 V592;而互补菌株的产孢量几乎都恢复至野生型菌菌株的水平;接种14天后测定不同菌株的微菌核的产量,VdILV2B基因敲除突变体产生的微菌核量明显低于V592菌株和互补菌株。这表明VdILV2B基因与大丽轮枝菌繁殖体产量相关。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在调控大丽轮枝菌生长速度中的应用。以野生型菌株V592为对照,敲除突变体和互补体菌株在PDA培养基上的培养性状进行生长速度测定,VdILV2B基因敲除突变体的菌落生长速率显著高于V592菌株,并且产生更多的气生菌丝。

附图说明

图1为AHAS催化亚基VdILV2B基因的结构域示意图;

图2为大丽轮枝菌VdILV2B敲除突变体、互补菌株以及野生型菌株V592 的菌落形态;

图3为敲除突变体ΔVdILV2B产生的微菌核的湿重和干重结果;

图4为大丽轮枝菌VdILV2B敲除突变体产孢量测定结果;

图5为大丽轮枝菌VdILV2B敲除突变体对棉花的致病力测定结果,其中图5A为敲除突变体ΔVdILV2B-1和ΔVdILV2B-2及其对照菌株所致病害的棉花形态和维管束褐变形态,图5B为不同菌株处理后病情指数折线图;

图6为大丽轮枝菌VdILV2B敲除突变体对棉花的定殖情况的测定结果;

图7A为大丽轮枝菌VdILV2B敲除突变体、互补菌株以及野生型菌株在FGA培养基上接种位置示意图;

图7B为大丽轮枝菌VdILV2B敲除突变体添加不同氨基酸的FGA培养基上的菌落形态图;

图8为支链氨基酸处理后VdILV2B基因的相对表达量结果;

图9为大丽轮枝菌ΔVdILV2B基因敲除突变体中AHAS合成途径下游基因的相对表达量;

图10A为AHAS抑制剂处理V592后菌落形态变化结果;

图10B为AHAS抑制剂处理V592后VdILV2B基因的相对表达量结果

具体实施方式

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌致病力中的应用。

在本发明中,所述VdILV2B的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。以大丽轮枝菌野生型菌株V592的基因组DNA和cDNA为模板通过克隆测序得到AHAS的催化亚基基因VdILV2B。VdILV2B基因预测编码蛋白含有550个氨基酸。序列分析显示VdILV2B包含1个N-末端硫胺素焦磷酸酶(TPE) 结合结构域、1个中心TPE结构域和1个C-末端TPE结合结构域(见图1)。

为了验证VdILV2B的缺失是否会影响大丽轮枝菌致病力,本发明以野生型菌株V592为基础菌株构建了敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株ΔVdILV2B,并在ΔVdILV2B基础上进行基因互补,得到互补菌株ECVdILV2B。所述敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株ΔVdILV2B的构建方法利用同源重组原理完成,具体可参见现有技术获得敲除以及互补突变体(WANG S, XING H,HUA C,GUO H S,ZHANG J.An improved single-step cloningstrategy simplifies the Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation(ATMT)-based gene-disruption method for Verticillium dahliae.Phytopathology,2016,106(6):645-652.)。本发明分别以ΔVdILV2B、互补菌株ECVdILV2B和野生型菌株V592为实验对象,分别测定以下指标:病情指数、维管束变褐程度和寄主上的定殖能力,结果表明,敲除突变体ΔVdILV2B所致病害的病情指数分别为42.1~44.5;互补菌株的致病力明显恢复至野生型菌株的水平,病情指数高于90;同时接种30d时,对感病植株进行剖杆观察,敲除突变体ΔVdILV2B维管束变褐程度明显减弱;VdILV2B基因敲除使大丽轮枝菌在棉花茎中的定殖受到一定阻碍。上述实验结果表明,VdILV2B基因敲除可降低大丽轮枝菌的致病力,即VdILV2B基因与致病力相关。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌休眠体和繁殖体产量中的应用。

所述休眠体优选包括微菌核。在本发明中,所述繁殖体优选包括分生孢子。VdILV2B基因敲除突变体产生的微菌核量明显低于V592菌株和互补菌株,说明VdILV2B基因参与大丽轮枝菌休眠体的形成。ΔVdILV2B突变体产孢量均显著低于野生型菌株V592;所有互补菌株的产孢量几乎都恢复至野生型菌菌株的水平。这表明,VdILV2B基因缺失降低了大丽轮枝菌繁殖体产量,VdILV2B基因参与大丽轮枝菌繁殖体的形成。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在调控大丽轮枝菌生长速度中的应用。试验表明,VdILV2B基因敲除突变体的菌落生长速率显著高于V592菌株,并且产生更多的气生菌丝。

本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B在大丽轮枝菌亮氨酸合成中的应用。

在本发明中,为明确VdILV2B在亮氨酸合成途径中的作用,在营养缺陷型培养基上培养敲除突变体ΔVdILV2B、互补菌株和野生型菌株V592,添加外源氨基酸,结果表明,5mMLeu对V592和ΔVdILV2B敲除突变体以及互补体ECVdILV2B均有反馈抑制作用,V592相较于敲除体与互补体反馈抑制作用最强;且5mM Leu抑制了VdILV2B基因的表达,这表明VdILV2B基因是支链氨基酸合成途径中的重要组成部分。为了明确催化亚基ΔVdILV2B基因敲除对大丽轮枝菌支链氨基酸合成途径AHAS下游基因表达的影响,通过 RT-qPCR分别对下游基因的转录表达进行测定,结果显示,下游基因的相对表达量表现显著下调,其中异亮氨酸、缬氨酸和亮氨酸合成都必需的二羟酸脱水酶的2个基因(VDAG-03858和VDAG-04620)、支链氨基酸转氨酶的 1个基因(VDAG-02852)和亮氨酸合成必需的2-异丙基苹果酸合成酶的1 个基因(VDAG_03299)、3-异丙基苹果酸脱水酶的1个基因(VDAG_00564)、 3-异丙基苹果酸脱氢酶的1个基因(VDAG-06467)(见图9)。上述结果表明,AHAS单个亚基基因的敲除对支链氨基酸合成途径大多数下游基因的表达都有影响。再次证实了VdILV2B参与了支链氨基酸生物合成途径。

由于AHAS是除草剂作用的靶标,为了验证VdILV2B基因与除草剂的作用关系,采用磺酰脲类除草剂和双草醚接种野生型菌株V592,观察菌落形态发现在1638.4mg/L作用下苯磺隆和双草醚明显抑制了大丽轮枝菌的生长,V592不产生微菌核;并且采用3种不同浓度的苯磺隆和双草醚分别处理V592,结果表明VdILV2B基因的相对表达量呈下调趋势,且浓度越高下调越显著。这表明VdILV2B基因为杀虫剂的作用靶点。因此,本发明提供了大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B作为药物靶点在防治棉花黄萎病中的应用。

本发明提供了一种用于防治棉花病害的杀菌剂,主要活性成分包括降低大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B表达的试剂。

在本发明中,所述试剂优选包括磺酰脲类除草剂和/或嘧啶水杨酸类除草剂。所述磺酰脲类除草剂的浓度优选不低于409mg/L,更优选为 500~1638.4mg/L,最优选为1638.4mg/L。所述嘧啶水杨酸类除草剂的浓度优选不低于409mg/L,更优选为500~1638.4mg/L,最优选为1638.4mg/L。

本发明对所述杀菌剂的使用方法没有特殊限制,采用本领域所熟知的杀菌剂的常规喷施方法即可。所述杀菌剂通过降低VdILV2B基因的致病力达到防控病害发生和发展的目的。

下面结合实施例对本发明提供的大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的应用进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株ΔVdILV2B的构建方法

根据VdILV2B基因(核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示)的上下游同源臂设计引物,利用同源重组技术构建敲除载体,以野生型菌株V592为初始菌株,构建突变株,具体参见现有技术(WANG S,XING H,HUA C,GUO H S,ZHANG J.An improved single-step cloningstrategy simplifies the Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation(ATMT)-based gene-disruption method for Verticillium dahliae.Phytopathology,2016,106(6): 645-652.)获得敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株(ΔVdILV2B-1,ΔVdILV2B-2)。

实施例2

一种大丽轮枝菌VdILV2B基因互补突变体ECVdILV2B的构建方法

以实施例1构建的大丽轮枝菌突变株ΔVdILV2B为初始菌株,参见现有技术(WANGS,XING H,HUA C,GUO H S,ZHANG J.An improved single-step cloning strategysimplifies the Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation(ATMT)-basedgene-disruption method for Verticillium dahliae. Phytopathology,2016,106(6):645-652.)获得大丽轮枝菌VdILV2B基因互补突变体(ECVdILV2B-1,ECVdILV2B-2)。

实施例3

菌落生长速率的测定:以实施例1制备的敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株、实施例2制备的VdILV2B基因互补突变体以及野生型菌株V592 为实验对象进行培养,分别取挑菌丝接种于PDA培养基中央,22℃黑暗培养。于接种后的第5天以及第9天,测量所有菌株的菌落直径,按照式I计算菌落的平均生长速率。

菌落的平均生长速率=(菌落生长速度=(第9d平均菌落生长直径-第5 d菌落平均生长直径)/4) 式I。

每个菌株设置3个重复,在第15天拍照记录菌落形态。

菌丝的形态观察:大丽轮枝菌在PDA平板上划线培养,再将灭菌的盖玻片斜插到划线部位,22℃暗培养3d,取出盖玻片在显微镜下观察菌丝生长情况。

结果表明,VdILV2B基因敲除突变体的菌落生长速率显著高于V592菌株,并且产生更多的气生菌丝(见图2)。

实施例4

微菌核量的测定

以实施例1制备的敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株、实施例2 制备的VdILV2B基因互补突变体以及野生型菌株V592为实验对象进行培养,得到菌病。分别用打孔器对每种菌株打取10个左右菌饼接种于查氏(含 kan)液体培养基中,26℃摇床中200r/min摇培3~5d;过滤收集分生孢子;调孢子浓度将分生孢子浓度调为1.0×106CFU/mL,吸取100μL均匀涂布于平铺玻璃纸的MM平板(NaNO32g、KH2PO4 1g、MgSO4·7H2O 0.5g、KCl 0.5g,柠檬酸10mg,ZnSO4·7H2O 10mg、FeSO4·7H2O 10mg,NH4Fe(SO4)2)·12H2O 2.6mg,CuSO4·7H2O0.5mg,NnSO4·H2O 0.1mg,H3BO3 0.1mg,Na2MoO4·2H2O 0.1mg,葡萄糖2g,1.5琼脂,加蒸馏水至1L。在113℃下高压灭菌20min) 上,22℃黑暗条件培养15d,拍照观察,刮取玻璃纸上的培养物并进行称重测量,并记录其湿重,再将微菌核在室温下放置48h晾干,在天平上称量,记录其干重数据。

结果表明,VdILV2B基因敲除突变体产生的微菌核量明显低于V592菌株和互补菌株(图3)。

实施例5

产孢量的测定

以实施例1制备的敲除VdILV2B基因的大丽轮枝菌突变株、实施例2 制备的VdILV2B基因互补突变体以及野生型菌株V592为实验对象进行培养,分离分生孢子,制备分生孢子悬浮液。分别吸取1.0×106CFU/mL的孢子悬浮液100μL接种于查氏(含kan)培养基中。每个菌株设置3个生物学重复实验,26℃摇床中200r/min振荡培养,期间每隔24h吸取1mL菌液,连续7d用血球计数板测量孢子浓度并记录数据。

结果显示,在接种第7d时ΔVdILV2B突变体产孢量均显著低于野生型菌株V592;所有互补菌株的产孢量几乎都恢复至野生型菌菌株的水平(图 4)。

实施例6

为了明确VdILV2B基因敲除对大丽轮枝菌致病力的影响,以野生型菌株 V592为对照,测定了VdILV2B基因敲除突变体对棉花的致病力。致病性测定方法如下:

把上述构建的敲除突变体、互补菌株和V592接种到Czapek-Dox液体培养基中26℃,200r/min摇培5d。棉苗第5片真叶长出后,通过使用根浸接种方法,每盆棉花接种200mL浓度为1.0×107CFU/mL的菌液,每个菌株重复3个水培盒(共36株棉苗)。接种后每天都观察,从发病开始数病指,每隔3d数一次一般记录到发病后一个月,病害分级标准为:0级:不发病; 1级:1~2片子叶发病;2级:1片真叶发病;3级:2片真叶发病;4级:3 片及3片以上真叶发病。病情指数按照式II计算。

病情指数=[Σ各级病株数×级数/(总株数×最高病级)]×100 式II

病情指数为3次生物学实验重复平均值。

第30天剖秆,用体式显微镜拍照维管束(Olympus SZX7,Japan)。

结果显示,敲除突变体ΔVdILV2B-1和ΔVdILV2B-2所致病害的病情指数分别为57.0和55.0;互补菌株的致病力明显恢复至野生型菌株的水平,病情指数高于90。接种30d时,对感病植株进行剖杆观察,敲除突变体ΔVdILV2B-1 和ΔVdILV2B-2维管束变褐程度明显减弱(图5)。

实施例7

为了明确VdILV2B基因对大丽轮枝菌侵染及定殖能力的影响,对接种了野生型菌株V592、VdILV2B基因敲除突变体和互补菌株的棉株,通过qPCR 进行真菌生物量测定。接种3种不同菌株后26d,取棉花的根(红茎线以下取根5cm)、茎(棉苗一半株高处取茎5cm)、叶,分别提取根、茎、叶的总DNA。qPCR所用引物[转录间隔区(Internaltranscribed spacer,ITS)-F (5'-TGTTGCTTCGGCGGCTCGTT-3',SEQ ID NO:6)和ITS-R (5'-GCGTTTCGCTGCGTTCTTCA-3',SEQ ID NO:7)]是基于大丽轮枝菌核糖体RNA(Z29511)的ITS1和ITS2区设计的。以组成型表达的β-tubulin 基因(DQ266153)作为内参基因(内参基因:β-tubulin-F:TCACCAGCCGTG GCAAGGTTG,SEQ ID NO:8;β-tubulin-R:AGCAAAGGGCGGTCTGGACGTTG,SEQ ID NO:9),对每个样品的总DNA进行标准化定量。每个反应设3个重复。

采用RT-qPCR检测定殖棉花不同组织中VdILV2B的表达情况,采用试剂盒法提取棉花不同组织的RNA,反转录得到的cDNA为模板进行RT-qPCR 检测,设计的引物序列如下:

VdILV2B-qPCR-F:ATGGTGGCCATGTCCATGGC(SEQ ID NO:2);

VdILV2B-qPCR-R:GAAAACAAAGACTGGGGCTCGG(SEQ ID NO:3);

β-tubulin-F:TCACCAGCCGTGGCAAGGTTG(SEQ ID NO:4);

β-tubulin-R:AGCAAAGGGCGGTCTGGACGTTG(SEQ ID NO:5);

大丽轮枝菌β-tubulin(DQ266153)是内参基因。

反应体系(10μL):

PowerUpTMSYBRTMGreenMasterMix(2×)5μL

正向引物 0.2μL

反向引物 0.2μL

DNA模板 4.6μL。

RT-qPCR检测的反应程序如下:50℃2min;95℃2min;953s,60℃30s,共40个循环。结果的数据用7500 Fast Real-Time PCR System进行分析,以 2-ΔΔCt的方法计算。

结果表明,ΔVdILV2B突变体在茎组织中的生物量均显著低于V592菌株和2个互补体菌株(图6)。以上结果表明,VdILV2B基因敲除使大丽轮枝菌在棉花茎中的定殖受到一定阻碍;该结果与ΔVdILV2B突变体在棉苗上引起的病情指数和维管束褐变程度一致。

实施例8

为了确定亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸营养缺陷型对ΔVdILV2B、互补菌株和野生型菌株V592的菌丝生长的影响,在FGA固体培养基中添加不同浓度(1mM、5mM)的外源氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸),进一步阐明亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸营养缺陷型对菌丝生长的影响,三种菌株在 FGA固体培养基上的接种位置如图7A所示。

AHAS催化亚基基因ΔVdILV2B在FGA培养基上正常生长,为明确 AHAS催化亚基基因在支链氨基酸合成途径中起的作用,发现5mM Leu对 V592和ΔVdILV2B敲除突变体以及互补体ECVdILV2B均有反馈抑制作用, V592相较于敲除体与互补体反馈抑制作用最强,而异亮氨酸和缬氨酸并未产生相同结果(图7B)。

采用RT-qPCR法检测野生型菌株V592中VdILV2B基因的表达量,检测方法见实施例5记载。结果表明,5mM Leu抑制了VdILV2B基因的表达, VdILV2B参与了Leu的生物合成途径(图8)。

采用RT-qPCR法检测ΔVdILV2B基因敲除突变体中AHAS合成途径下游基因的相对表达量。

结果所显示的Ct值(Threshold cycle)定义为达到超出荧光信号的检测阈值时所需要的循环数,结果的数据用7500 Fast Real-Time PCR System进行分析,以2-ΔΔCt的方法计算。

所用引物序列如下:

表1 AHAS合成途径下游基因的RT-qPCR检测结果

VDAG-03858-F-qPCR AGAGCTCGAGGCCCTCATCTC(SEQ ID NO:10)
VDAG-03858-R-qPCR CTCCTCCGTCGTCAGTCCG(SEQ ID NO:11)
VDAG-04620-F-qPCR ATGCTTTCGAGGTCATTTGGCATG(SEQ ID NO:12)
VDAG-04620-R-qPCR GACGAGAATTTGTTCAGCGTCTCG(SEQ ID NO:13)
VDAG-05384-F-qPCR ATGGCAGACCAACATCAACAGG(SEQ ID NO:14)
VDAG-05384-R-qPCR CTTGCGCAGGAATAGCGAGAAG(SEQ ID NO:15)
VDAG-09671-F-qPCR CGAGAGGGCATGATTTCCCCG(SEQ ID NO:16)
VDAG-09671-R-qPCR GCAGGGATTGCCCTCCCAC(SEQ ID NO:17)
VDAG-03299-F-qPCR GACCCCATCAAGAAGTACAAGCCC(SEQ ID NO:18)
VDAG-03299-R-qPCR GGCAGACTTTGGTTACCATCGC(SEQ ID NO:19)
VDAG-00564-F-qPCR CAGTCCCAGTTCCCAAGACC(SEQ ID NO:20)
VDAG-00564-R-qPCR GTCAGTGGTCGCAAGAGTGCAATC(SEQ ID NO:21)
VDAG-02852-F-qPCR ATTGACTGGGCCAATGTCGG(SEQ ID NO:22)
VDAG-02852-R-qPCR GTGGATGCGCATAAAGGGC(SEQ ID NO:23)
VDAG-05325-F-qPCR ATGTCTGACACAAAGACGTTTCGC(SEQ ID NO:24)
VDAG-05325-R-qPCR CGCCGACAATGTCTGTGGTG(SEQ ID NO:25)
VDAG-06467-F-qPCR TGTAGTGTTTGGAGGCGACC(SEQ ID NO:26)
VDAG-06467-R-qPCR CCGAGGAGGTGTTCTTGGAG(SEQ ID NO:27)

RT-qPCR检测的反应条件和反应程序同上。

结果见图9。通过RT-qPCR分别对ΔVdILV2B敲除突变体下游基因的转录表达进行测定,结果显示,下游基因的相对表达量表现显著下调,其中异亮氨酸、缬氨酸和亮氨酸合成都必需的二羟酸脱水酶的2个基因(VDAG-03858和VDAG-04620)、支链氨基酸转氨酶的1个基因 (VDAG-02852)和亮氨酸合成必需的2-异丙基苹果酸合成酶的1个基因 (VDAG_03299)、3-异丙基苹果酸脱水酶的1个基因(VDAG_00564)、 3-异丙基苹果酸脱氢酶的1个基因(VDAG-06467)(见图9)。上述结果表明,AHAS单个亚基基因的敲除对支链氨基酸合成途径大多数下游基因的表达都有影响。再次证实了VdILV2B参与了支链氨基酸生物合成途径。

实施例9

AHAS抑制剂处理实验

选择了2种不同化学类型的除草剂,分别为苯磺隆(磺酰脲类除草剂) 和双草醚(嘧啶水杨酸类除草剂),分别配制浓度为12.8~1638.4mg/L的药液,分别接种至野生型菌株V592的菌落上,观察药剂对菌株生长的影响。

观察菌落形态发现,在1638.4mg/L作用下苯磺隆和双草醚明显抑制了大丽轮枝菌的生长,V592不产生微菌核(图10A)。

选择了3种浓度(409.6mg/L、819.2mg/L和1638.4mg/L)的苯磺隆和双草醚分别处理V592,测定VdILV2B基因的相对表达量,测定方法同实施例 5记载。

结果表明,VdILV2B基因的相对表达量呈下调趋势,且浓度越高下调越显著(图10B)。这些结果表明,苯磺隆和双草醚都能抑制VdILV2B基因的表达。再次证明,VdILV2B是支链氨基酸合成的必需基因。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

序列表

<110> 石河子大学

<120> 大丽轮枝菌乙酰乳酸合成酶催化亚基基因VdILV2B的应用

<160> 27

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 1653

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

atggtgaaag gccagcgcga gaaaaagggc cggttcccgc gtatgattac ctgtcccaat 60

gagatggtgg ccatgtccat ggccgacggc tacgccaggc tgacgggcaa acctcaatgt 120

gttattgtcc acgttgatgt cggaacccag ggcctcggcg ctgctgtaca caactcttcc 180

acgggccgag ccccagtctt tgttttcgcc ggtctctctc catttacctt ggagggcgag 240

ctccgaggca gtcggaccga gtatatccat tggatccagg atgtgcccga tcagaagcag 300

attctcgcgc agtactgtcg ctactcgggc gaagtcaaga ctggcactaa tgtgaaacaa 360

atggtgaacc gcgctctgca attctccaag tcggaccctc aggggccagt ctatctctgc 420

ggcgccaggg aagtcatgga ggctgaaatt gagccatatt ccatcccgca ggaagaatgg 480

gatccagttg agctcggcgg cctgccgtca aaggccgtgg acaagattgc cgaagcgctg 540

gccggcgcca aggaaccgct aatcatcact ggctacggcg gcagggatca caagttcccc 600

agcgcactgg ttgagctggc caatgcagtc aagggtctgc gagttctgga cactggcgga 660

agcgacatgt gtttccctgc agaccatccc gcatggctcg gcctcaggtt tggatccgac 720

gaggcaatca agacggccga tgtcatactt gtcctgaact gcgacgtgcc ctgggtcaac 780

acgctgtgtc acccgcgcca agatgcgagg gttttccacg ttgacgttga tccgttgaaa 840

cagcaaatgc ctgttttcta catcaaggcc gagtcgaggt accgcgcaga cagcctggcc 900

gccgttggtc agatcacaga tcagctcaag tcagacaaat tggcgtcttt gctcaacacc 960

aaggaagccg agacccgtgg catgcagttg cagcaatctt acgagcgacg gctagccacg 1020

attcaggcaa agacgaagcc ctcggaagat ggagagtttg gcactggtca cctctgccga 1080

gagctacgcc gtctctgccc tgacgacacc atttgggcga tcgaagcggt gaccaacact 1140

ggctttgtgc atgacaacat tcagccagta caccctgggt cgtggatcaa ctgtggtggc 1200

ggcggtctag gatggtctgg cggaggagcg ctgggcatta aactggcgag tgacgctgag 1260

aatggcggca agggcaagtt tgtggtccag attgtgggcg acggtacctt cttgttctcg 1320

gtcccaggaa gcgtctactg gattgcgaag cggtacaaca ttccaatctt gaccatcgtc 1380

ttgaacaaca aaggttggaa cgcaccacgg cggtcgcttc tgctcgttca tcccgacggc 1440

gctggcgcta aggcatcgaa tgaggagatc aacatttcct ttgacccatc gcctgactat 1500

gcaggcattg ccaaggcagc ggcgggtggt gacctgatgg ctgcgagggt gggccatgtg 1560

gaggaactcg agggcatgtt gaagaaggcg attcagacag tccagggagg acaatcggct 1620

gttctcgacg ttaaggttac gagtggctgt tga 1653

<210> 2

<211> 20

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 2

atggtggcca tgtccatggc 20

<210> 3

<211> 22

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 3

gaaaacaaag actggggctc gg 22

<210> 4

<211> 21

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 4

tcaccagccg tggcaaggtt g 21

<210> 5

<211> 23

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 5

agcaaagggc ggtctggacg ttg 23

<210> 6

<211> 20

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 6

tgttgcttcg gcggctcgtt 20

<210> 7

<211> 20

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 7

gcgtttcgct gcgttcttca 20

<210> 8

<211> 21

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 8

tcaccagccg tggcaaggtt g 21

<210> 9

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 9

agcaaagggc ggtctggacg ttg 23

<210> 10

<211> 21

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 10

agagctcgag gccctcatct c 21

<210> 11

<211> 19

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 11

ctcctccgtc gtcagtccg 19

<210> 12

<211> 24

<212> DNA

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atgctttcga ggtcatttgg catg 24

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gacgagaatt tgttcagcgt ctcg 24

<210> 14

<211> 22

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 14

atggcagacc aacatcaaca gg 22

<210> 15

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 15

cttgcgcagg aatagcgaga ag 22

<210> 16

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<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 16

cgagagggca tgatttcccc g 21

<210> 17

<211> 19

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 17

gcagggattg ccctcccac 19

<210> 18

<211> 24

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 18

gaccccatca agaagtacaa gccc 24

<210> 19

<211> 22

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 19

ggcagacttt ggttaccatc gc 22

<210> 20

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cagtcccagt tcccaagacc 20

<210> 21

<211> 24

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<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 21

gtcagtggtc gcaagagtgc aatc 24

<210> 22

<211> 20

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attgactggg ccaatgtcgg 20

<210> 23

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gtggatgcgc ataaagggc 19

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atgtctgaca caaagacgtt tcgc 24

<210> 25

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cgccgacaat gtctgtggtg 20

<210> 26

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tgtagtgttt ggaggcgacc 20

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<212> DNA

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ccgaggaggt gttcttggag 20

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