中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (24): 4854-4865.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.24.005
宫安东(), 雷银玉, 吴楠楠, 刘景榕, 宋梦鸽, 张艺美(
), 杨光, 杨鹏
收稿日期:
2023-07-28
接受日期:
2023-09-29
出版日期:
2023-12-21
发布日期:
2023-12-21
通信作者:
联系方式:
宫安东,E-mail:gongad@xynu.edu.cn。
基金资助:
GONG AnDong(), LEI YinYu, WU NanNan, LIU JingRong, SONG MengGe, ZHANG YiMei(
), YANG Guang, YANG Peng
Received:
2023-07-28
Accepted:
2023-09-29
Published:
2023-12-21
Online:
2023-12-21
摘要:
【背景】禾谷镰孢(Fusarium graminearum)是引起小麦赤霉病(Fusarium head blight)的主要病原真菌,侵染后导致作物品质和产量下降,同时产生多种真菌毒素,严重危害粮食生产和人类健康。氧酰基载体蛋白还原酶(3-oxoacyl ACP reductase,OAR1)催化羧酰基载体蛋白还原成氧酰基载体蛋白,在脂肪酸的生物合成过程中具有重要作用。【目的】构建FgOAR1基因缺失突变体,研究其表型、显微结构、孢子产量、有性生殖和致病力等的变化,探究FgOAR1的生物学功能,揭示其对禾谷镰孢生长、发育和致病的影响,为新型抑菌作用靶点的筛选及小麦赤霉病的防控提供科学依据。【方法】以禾谷镰孢野生型菌株PH-1为材料,应用Split-Marker基因敲除技术,构建FgOAR1基因缺失突变体(ΔFgOAR1),Gap-repair技术获得缺失基因的回补突变体(ΔFgOAR1-C);将PH-1、ΔFgOAR1和ΔFgOAR1-C菌株分别接种到常规培养基,观察菌落表型变化并测定脂肪酸含量差异;接种到含刚果红(Congo-Red)、SDS、NaCl和H2O2的压力筛选培养基中,观察菌丝在压力培养条件下的生长状况;接种CMC培养基,比较分生孢子产量差异;接种胡萝卜培养基,观察有性生殖及孢子性状;分别进行小麦胚芽鞘和穗部接种,统计发病率和毒素产量,比较突变体与野生型菌株的致病力差异。【结果】与野生型PH-1菌株相比,在PDA、YEG和CM培养基中ΔFgOAR1突变体未呈现明显表型变化,在0.7 mol·L-1 NaCl、0.03% H2O2、0.01% SDS和300 μg·mL-1 Congo-Red等压力培养条件下,突变体菌落直径显著低于野生型PH-1,表明FgOAR1与禾谷镰孢细胞膜和细胞壁的合成相关;ΔFgOAR1突变体在液体培养基中的分生孢子产量(8.1×105个/mL)显著低于PH-1(1.26×106个/mL),接种小麦胚芽鞘和麦穗后,ΔFgOAR1突变体的致病力显著低于野生型菌株PH-1。【结论】禾谷镰孢中FgOAR1参与脂肪酸的生物合成,对细胞膜合成具有重要作用,该基因缺失导致突变体抗逆性降低,分生孢子产量下降,且致病力显著降低,FgOAR1对禾谷镰孢的生长、发育和致病具有重要作用。
宫安东, 雷银玉, 吴楠楠, 刘景榕, 宋梦鸽, 张艺美, 杨光, 杨鹏. 氧酰基载体蛋白还原酶基因FgOAR1对禾谷镰孢生长、发育和致病的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(24): 4854-4865.
GONG AnDong, LEI YinYu, WU NanNan, LIU JingRong, SONG MengGe, ZHANG YiMei, YANG Guang, YANG Peng. The Effect of 3-Oxyacyl ACP Reductase Gene FgOAR1 on the Growth, Development and Pathogenicity of Fusarium graminearum[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(24): 4854-4865.
表1
本试验所用引物序列"
引物名称<BOLD>P</BOLD>rimer name | 引物序列<BOLD>P</BOLD>rimer sequence (5′→3′) |
---|---|
FgOAR1_1F | TCTCGATACCTCCTACCTACCT |
FgOAR1_2R | TTGACCTCCACTAGCTCCAGCCAAGCCTCAACACATGCTCTACACCCT |
FgOAR1_3F | GAATAGAGTAGATGCCGACCGCGGGTTCCAGGGTCTCAAAGCAAC |
FgOAR1_4R | ATCCCAGAAAATCCGCAA |
HYG/F | GGCTTGGCTGGAGCTAGTGGAGGTCAA |
HY/R | GTATTGACCGATTCCTTGCGGTCCGAA |
YG/F | GATGTAGGAGGGCGTGGATATGTCCT |
HYG/R | AACCCGCGGTCGGCATCTACTCTATTC |
FgOAR1_5F | ATCGGAGTTGAGGTGACAG |
FgOAR1_6R | GAAGAGGGGAGGAAAGGTT |
FgOAR1_7F | GGTCAATAGAGCAGGTCGC |
FgOAR1_8R | CAGGCGGTGGTAACTTCA |
h850 | TTCCTCCCTTTATTTCAGATTCAA |
h852 | ATGTTGGCGACCTCGTATTGG |
h855R | GTCGATGCGACGCAATCGT |
h856F | GCTGATCTGACCAGTTGC |
FgOAR1_hbF | CGACTCACTATAGGGCGAATTGGGTACTCAAATTGGTGACAGCGGCGTTAGGACA |
FgOAR1_hbR | CACCACCCCGGTGAACAGCTCCTCGCCCTTGCTCACGTACATCTCCAGTCCACCACT |
insert_F | TAACGCCAGGGTTTTCCCAGTCA |
insert_R | CGTGCTGCTTCATGTGGTCGG |
图2
FgOAR1敲除突变体与回补突变体的PCR鉴定 A:FgOAR1基因敲除载体构建Construction the FgOAR1 gene deletion vector。M:Marker 5000;a:FgOAR1上游同源片段FgOAR1 upstream homologous fragment (701 bp);b:FgOAR1下游同源片段FgOAR1 downstream homologous fragment (695 bp);H1:hph抗性基因上端The upper end of the hph resistance gene (764 bp);H2:hph抗性基因下端The lower end of the hph resistance gene (930 bp);aH1:a片段和H1片段进行Overlap的产物Overlap of a fragment and H1 fragment (1464 bp);bH2:b片段和H2片段Overlap后的产物Overlap of b fragment and H2 fragment (1625 bp)。B:转化子的PCR检测PCR detection of transformants。M:Marker 5000;CK:假阳性转化子False positive transformants;1:引物h850/h852扩增条带Amplification band of primer h850/h852 (750 bp);2:引物FgOAR1_5F/6R扩增,无条带Amplification of primer FgOAR1_5F/6R, no band;3:引物FgOAR1_7F/h855R扩增条带Amplification band of primer FgOAR1_7F/h855R (1038 bp);4:引物h856F/FgOAR1_8R扩增条带Amplification band of primer h856F/FgOAR1_8R (1042 bp)。C:回补片段扩增与连接Amplification of complementary fragment。M:Marker 2000,1:引物insert_F/R扩增片段Amplification band of primer insert_F/R (1915 bp);2:引物FgOAR1_5F/6R扩增片段Amplification band of primer FgOAR1_5F/6R (614 bp)。D:回补突变体的鉴定PCR identification of complementary mutant。M:Marker 5000;1:引物h850/h852扩增片段Amplification band of primer h850/h852 (750 bp);2:引物FgOAR1_hbF/R扩增片段Amplification band of primer FgOAR1_hbF/R (1643 bp)"
图9
FgOAR1在不同生长条件下的表达量 Hyphae 12 h, 24 h, 36 h, 48 h:PH-1接种到YEPD培养基上培养12、24、36、48 h时FgOAR1的表达量The expression level of FgOAR1 of PH-1 cultured in YEPD medium for 12, 24, 36, 48 h, respectively;Wheat 24 h, 48 h, 72 h:PH-1接种小麦麦穗24、48、72 h时FgOAR1的表达量The expression level of FgOAR1 of PH-1 inoculated on wheat spikelet for 24, 48, 72 h, respectively"
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