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玉米大斑病菌小分子热激蛋白基因克隆与表达分析

2024-09-01分类号:S435.131.4

【作者】张淑红   张运峰   高凤菊   武秋颖   许可   李亚子   李艳梅   谷守芹   范永山   巩校东
【部门】唐山师范学院生命科学系/河北省植物生物技术研究与应用重点实验室/唐山市农业病原真菌与毒素重点实验室  河北农业大学生命科学学院/河北省农业微生物生物信息利用技术创新中心  
【摘要】【目的】克隆玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)小分子热激蛋白(small heat shock protein,sHSP)基因,分析其结构及在病菌发育和HT-毒素诱导过程中的表达模式。【方法】利用隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)筛选玉米大斑病菌全基因组范围内的sHSP家族成员,采用PCR技术克隆玉米大斑病菌01-23菌株的sHSP,通过生物信息学方法进行sHSP的理化性质分析、亚细胞定位、结构预测和系统发育分析,RNA-Seq和RT-qPCR分析sHSP在玉米大斑病菌不同发育阶段和HT-毒素诱导过程中的表达情况。【结果】从玉米大斑病菌基因组筛选到3个sHSP家族成员(StHSP37.2、StHSP37.0和StHSP22.6),克隆了01-23菌株中3个sHSP的DNA序列,编码的sHSP蛋白均属于弱酸、亲水蛋白,无跨膜结构域和信号肽;二级结构中无规则卷曲占58.97%—60.35%,而β-转角仅为2.69%—7.83%;亚细胞定位预测StHSP37.2和StHSP37.0位于细胞核,而StHSP22.6位于细胞核和细胞质;均含有近C端的ACD_sHSP-like结构域,StHSP37.2、StHSP37.0和StHSP22.6分别有2、3和5个保守基序;利用SWISS-Model和AlphaFill构建了sHSP单体的三级结构模型;系统发育分析结果表明,StHSP22.6与链格孢(Alternaria alternata)、StHSP37.2和StHSP37.0与玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)的sHSP亲缘关系较近;玉米大斑病菌sHSP在菌丝中表达量最高,其次为芽管、附着胞和侵入钉,在分生孢子中表达量最低;StHSP22.6和StHSP37.2与玉米大斑病菌HT-毒素诱导显著负相关,在14 d时相对基因表达量分别上调6.45和18.12倍,21、28 d时StHSP37.2表达量仅上调2.56、1.78倍,而StHSP22.6表达量与WT无显著差异;StHSP37.0与HT-毒素诱导显著正相关,14、21和28 d时相对基因表达量分别下调59.23%、86.30%和88.11%;通过与玉米大斑病菌sHSP显著相关的表达基因挖掘,推测StHSP37.2和StHSP22.6主要与HSP90、HSP104、分解代谢及线粒体Mg2+转运有关,而StHSP37.0主要与液泡碱性氨基酸转运、有机合成和分泌有关。【结论】玉米大斑病菌sHSP家族成员既具有高度保守性,又与其他sHSP有结构和系统发育的差异性;不仅与玉米大斑病菌菌丝、芽管、附着胞和侵入钉发育相关,在HT-毒素诱导过程中也发挥重要调控作用。
【关键词】玉米大斑病菌  小分子热激蛋白  基因克隆  结构分析  HT-毒素诱导
【基金】国家自然科学基金(22078171);; 中央引导地方科技发展资金(236Z6508G);; 河北省省级科技计划(21374301D);; 唐山师范学院重点培育项目(ZDPY06,ZDPY08)
【所属期刊栏目】中国农业科学
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