





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (5): 879-891.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.05.006
潘凤英(
), 曲俊杰, 刘露露, 孙大运, 郭泽西, 韦晓丽, 韦淑梅, 尹玲(
)
收稿日期:2022-10-21
接受日期:2022-11-24
出版日期:2023-03-01
发布日期:2023-03-13
通信作者:
尹玲,E-mail:779335723@qq.com
联系方式:
潘凤英,E-mail:251853746@qq.com。
基金资助:
PAN FengYing(
), QU JunJie, LIU LuLu, SUN DaYun, GUO ZeXi, WEI XiaoLi, WEI ShuMei, YIN Ling(
)
Received:2022-10-21
Accepted:2022-11-24
Published:2023-03-01
Online:2023-03-13
摘要:
【目的】克隆葡萄霜霉菌(Plasmopara viticola)糖基水解酶(glycosyl hydrolase,GH)基因(PvGH),分析其特征以及在葡萄霜霉菌侵染葡萄叶片过程中的表达模式,研究其抑制/促进烟草叶片程序性细胞死亡(PCD)以及影响烟草疫霉(Phytophthora nicotianae)侵染的能力,为深入探究调控寄主植物免疫的机制提供理论依据。【方法】以葡萄霜霉菌Pv5-27菌株作为试材,采用RT-PCR方法扩增获得8个PvGH基因全长,并对其基因及编码蛋白进行生物信息学分析;利用酵母信号肽诱捕系统(SST)验证PvGH的分泌活性;利用实时荧光定量PCR技术检测葡萄霜霉菌侵染葡萄叶片过程中PvGH的表达模式;同时利用农杆菌介导的PVX病毒表达系统在本氏烟上瞬时表达PvGH效应蛋白,分析其对INF1和BAX触发的烟草PCD的抑制能力以及促进烟草疫霉侵染的能力。【结果】8个PvGH基因序列与通过全基因组预测的序列完全一致,长度为1 092—1 392 bp,分别编码364—464个氨基酸,与其他卵菌同源蛋白相似性高达60.62%—86.36%。8个PvGH均不含跨膜结构域,其二级结构差异较大,三级结构与其他蛋白三级结构相似性较低,呈现非常独特的三级结构。使用SingalP 5.0软件对编码的蛋白进行信号肽预测,发现它们均含有20—26 aa的信号肽,但通过SST验证结果显示PvG09279和PvG13517并不具有分泌特性。保留、缺失或者替换信号肽的8个PvGH均可抑制BAX触发的本氏烟PCD,并促进烟草疫霉的侵染,表明PvGH效应蛋白发挥其毒力不依赖于信号肽。PvGH在葡萄霜霉菌侵染初期表达上调,进一步表明其在病原菌与寄主互作中的重要作用。【结论】在侵染寄主过程中,葡萄霜霉菌分泌的PvGH通过抑制寄主PTI反应参与致病过程。
潘凤英, 曲俊杰, 刘露露, 孙大运, 郭泽西, 韦晓丽, 韦淑梅, 尹玲. 葡萄霜霉菌糖基水解酶基因的表达模式与功能分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 879-891.
PAN FengYing, QU JunJie, LIU LuLu, SUN DaYun, GUO ZeXi, WEI XiaoLi, WEI ShuMei, YIN Ling. Expression and Functional Analysis of Glycosyl Hydrolase Genes from Plasmopara viticola[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(5): 879-891.
表1
本研究所用引物信息"
| 引物Primer | 序列Sequence (5′-3′) | 用途Purpose |
|---|---|---|
| pSUC2-G11117F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGACCAAGACATTGCATTCGG | 扩增PvG11117信号肽序列 To amplify signal peptide sequence of PvG11117 |
| pSUC2-G11117R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGCGCATCAACGCTGAGAGTAGAC | |
| G11117ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGACCAAGACATTGCATTCGG | 扩增PvG11117保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG11117 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG11117 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G11117ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGACAAGTTATGTTCCATTCCG | |
| G11117ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G11117SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACCTAAAACTGGGTGATAGGGGCC | |
| pSUC2-G13516F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGGTGAACGTCCTGTGTGCG | 扩增PvG13516信号肽 To amplify signal peptide of PvG13516 |
| pSUC2-G13516R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGGGCATCAGCAGAACCGACG | |
| G13516ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGTGAACGTCCTGTGTGCG | 扩增PvG13516保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG13516 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG13516 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G13516ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGAGTCTGTTTAAGTGCTCGGG | |
| G13516ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G13516SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACTTACATGGCGCAGTTCTTGTGC | |
| 引物Primer | 序列Sequence (5′-3′) | 用途Purpose |
| pSUC2-G10113F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGGTTGCCAACTCGTTGCG | 扩增PvG10113信号肽 To amplify signal peptide of PvG10113 |
| pSUC2-G10113R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGAACAATTGATGATAAAAAGAGTGCAAC | |
| G10113ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGTTGCCAACTCGTTGCG | 扩增PvG10113保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG10113 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG10113 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G10113ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGCCGAAGACCTGTGCT | |
| G10113ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G10113SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACTTACTGCAAGAATTGCTTTCTTACTCG | |
| pSUC2-G01792F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGTTTCGCGAAGTTGCTTTCT | 扩增PvG01792信号肽 To amplify signal peptide of PvG01792 |
| pSUC2-G01792R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGCGCTAAAGTCGAAGACCCTAACA | |
| G01792ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGTTTCGCGAAGTTGCTTTCT | 扩增PvG01792保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG01792 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG01792 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G01792ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGCTGGATCAGAAGCTGTATGG | |
| G01792ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G01792SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACTTACAAATACCAGAAAACGGTGGA | |
| pSUC2-G09279F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGCAGCTTCTTTTTACTGCAATC | 扩增PvG09279信号肽 To amplify signal peptide of PvG09279 |
| pSUC2-G09279R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGACTCTCAATCGTCATCATGAGCAG | |
| G09279ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGCAGCTTCTTTTTACTGCAATC | 扩增PvG09279保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG09279 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG9279 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G09279ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGTCCCAAACGCTTCACCA | |
| G09279ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G09279SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACCTAGAGAGATATGCCAGGGGGA | |
| pSUC2-G02199F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGAAGCTCTCTTCCTCTTTATCCC | 扩增PvG02199信号肽 To amplify signal peptide of PvG02199 |
| pSUC2-G02199R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGAGCTGATAAAAGGGACGACGAC | |
| G02199ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGAAGCTCTCTTCCTCTTTATCCC | 扩增PvG02199保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG02199 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG02199 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G02199ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGCAGCAGATTGGAACGAATA | |
| G02199ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G02199SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACTCAGTACGTGGTTCCGATGTCG | |
| pSUC2-G13517F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGCTATCCTCCAAACTCCTCG | 扩增PvG13517信号肽 To amplify signal peptide of PvG13517 |
| pSUC2-G13517R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGTCCCGCCGCTTTTTTGCC | |
| G13517ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGCTATCCTCCAAACTCCTCG | 扩增PvG13517保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG13517 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG013517 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G13517ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGCAGAATTTTTGTATCCATGGC | |
| G13517ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G13517SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACTTACATGCTTGTTTGGCACTCTTC | |
| pSUC2-G13010F | GGATCTTCCAGAGATGAATTCATGTTGCCAGCTTTGCTGTTT | 扩增PvG13010信号肽 To amplify signal peptide of PvG13010 |
| pSUC2-G13010R | CTGCCGTTCGACGATCTCGAGAGCGCCAATTCCGTCAGTG | |
| G13010ClaⅠF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGTTGCCAGCTTTGCTGTTT | 扩增PvG13010保留或剔除信号肽和替换为PR1信号肽的片段 To amplify fragments of PvG13010 with or without signal peptide and the fragment that replaces PvG13010 signal peptide with PR1 signal peptide |
| G13010ClaⅠNSPF | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGTCGCTGTCGATACGCT | |
| G13010ClaⅠPR1F | TCAGCACCAGCTAGCATCGATATGGGATTTGTTCTCTTTTCGCA | |
| G13010SalⅠR | AACCGTTCATCGGCGGTCGACCTAAACCTGAAAAAGCACTAATGCC |
表2
PvGH及编码蛋白序列特征"
| 基因号 Gene ID | 长度 Length (bp) | 氨基酸 Amino acid (aa) | NCBI保守 结构域 Conserved domain | 区间 Interval (aa) | PFam保守 结构域 Conserved domain | 区间 Interval (aa) | 同源蛋白 <BOLD>H</BOLD>omologous protein | 相似度 <BOLD>S</BOLD>imilarity (%) | 信号肽 Signal peptide (aa) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PvG11117 | 1131 | 377 | Glyco_hydro_6 super family | 44-297 | Glycosyl hydrolases family 6 | 35-300 | GH family 6 protein (P. infestans) (KAF4028604.1) | 60.62 | 1-25 |
| PvG13516 | 1221 | 407 | Glyco_hydro super family | 20-300 | Glycosyl hydrolases family 17 | 196-311 | Glucan 1,3-beta-D-glucosidase (P. cinamomi) (CAJ90910.1) | 72.90 | 1-23 |
| PvG10113 | 1179 | 393 | Glyco_hydro_6 super family Cell division protein DedD | 46-295 331-380 | Glycosyl hydrolases family 6 | 33-301 | 1,4-cellobiohydrolase (P. cactorum) (KAF1773299.1) | 73.83 | 1-26 |
| PvG01792 | 1170 | 390 | Glyco_hydro super family | 6-289 | Glycosyl hydrolases family 17 | 203-300 | GH family 17 protein (P. infestans) (KAF4032687.1) | 72.92 | 1-21 |
| PvG09279 | 1158 | 386 | Glyco_hydro_28 super family | 72-373 | Glycosyl hydrolases family 28 | 72-380 | Polygalacturonase (P. cinamomi) (KAG6616063.1) | 61.04 | 1-20 |
| PvG02199 | 1392 | 464 | GH7_CBH_EG super family | 26-462 | Glycosyl hydrolase family 7 | 26-463 | GH family 7 protein (P. infestans) (KAF4031525.1) | 86.36 | 1-23 |
| PvG13517 | 1092 | 364 | Glyco_hydro super family | 1-320 | Glycosyl hydrolases family 17 | 31-309 | GH family 3 protein (P. pseudosyringae) (KAG7379682.1) | 76.62 | 1-24 |
| PvG13010 | 1092 | 364 | Glyco_hydro_6 super family | 55-300 | Glycosyl hydrolases family 6 | 32-302 | GH family 6 protein (P. halstedii) (XP_024583306.1) | 81.82 | 1-20 |
表3
PvGH蛋白的二级结构和三级结构"
| 蛋白 Protein | 二级结构 Secondary structure | 三级结构 Tertiary structure | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| α-螺旋 α-helix (%) | β-转角 β-turn (%) | 无规则卷曲Random coil (%) | 延伸链 Extend (%) | 与之最相似的蛋白 <BOLD>M</BOLD>ost similar protein | 相似性 <BOLD>S</BOLD>imilarity (%) | |
| PvG11117 | 32.98 | 5.59 | 48.67 | 12.77 | Glycoside hydrolase family 6 | 26.24 |
| PvG13516 | 36.45 | 6.40 | 41.63 | 15.52 | β-1,3-glucanosyltr-ansferase | 31.56 |
| PvG10113 | 36.22 | 6.63 | 45.15 | 11.99 | Cellobiohydrolase cel6A | 24.49 |
| PvG01792 | 43.70 | 3.86 | 39.07 | 13.37 | β-1,3-glucanosyltr-ansferase | 33.33 |
| PvG09279 | 5.71 | 5.71 | 49.61 | 38.96 | Endo-polygalacturonase | 39.88 |
| PvG02199 | 14.47 | 7.78 | 56.80 | 20.95 | 1,4-β-Cellulase | 59.86 |
| PvG13517 | 41.05 | 3.31 | 39.67 | 15.98 | β-1,3-Glucosyltransf-erase | 30.30 |
| PvG13010 | 34.71 | 6.34 | 42.98 | 15.98 | Chimeric cel6A | 26.82 |
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