水稻白叶枯菌菌黄素生物合成途径与调控机理的分析

水稻白叶枯菌菌黄素生物合成途径与调控机理的分析-analysis of biosynthetic pathway and regulatory mechanism of xanthomonas oryzae pv.oryzae

水稻白叶枯菌菌黄素生物合成途径与调控机理的研究摘要黄单胞菌属(Xanthomonas)细菌是一类革兰氏阴性植物病原菌，大多数为重要农作物的病原微生物，引起的植物病害包括：水稻白叶枯病、水稻细菌条斑病、十字花科蔬菜黑腐病和棉花角斑病等，导致严重减产和重大农业经济损失。黄单胞菌产生一种附着在细胞壁外膜上的非水溶性菌黄素，其学名为菌黄素（Xanthomonadian）。菌黄素是一种重要的致病因子,它们可直接影响黄单胞菌在寄主植物上的附生及存活,并且与菌体抗氧化能力和侵染致病能力相关。近期研究发现，黄单胞菌属中绝大多数菌株都可以产生一种可扩散的信号因子DF(diffusiblefactor),调控菌黄素的生物合成，从而影响菌株的致病能力。DF信号分子曾被推测可能是一种丁酰内酯(butyrolactone)，但我们实验室最近结果显示DF包括3-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲酸两种化合物。本研究项目以水稻白叶枯菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzae)为模式菌株，从生物学和化学两个角度，(1)研究DF合成酶XanB2的生物学功能及在菌黄素生物合成中的作用；(2)XanB2的生化功能、酶促催化活性和机理；(3)研究XooPXO99A菌株中pig基因簇在菌黄素生物合成过程中的作用，以及对其他生理生化指标的影响。首先，我们从Xoo培养液上清液中提取DF,发现DF也包括为3-HBA和4-HBA。运用基因敲除手段，我们得到了DF缺陷型突变体ΔxanB2，建立了快速简易检测DF的报告系统。此外，表型分析显示DF与菌黄素合成及附生侵染水稻有直接的联系。XanB2是负责合成3-HBA和4-HBA的关键酶。我们发现：XanB2是独特的双功能分支酸酶，它能够水解莽草酸途径的最终产物(分支酸)，同时合成3-HBA和IV4-HBA。其中3-HBA主要介导菌黄素的合成，而4-HBA主要作为前体化合物介导CoQ8的合成。在Xoo中，pig基因簇负责菌黄素生物合成。pig基因簇包含两个遗传位点，由20个基因组成。除xanB2外，敲除其他六个基因，也影响菌黄素生物合成。敲除除xanB2之外的其他基因，不影响EPS和辅酶Q合成。综上所述，本研究的结果为Xoo中菌黄素的合成机制的阐明奠定了重要基础。关键词：水稻白叶枯菌，菌黄素，XanB2，pig基因簇VMOLECULARMECHANISMOFXANTHOMONADINBIOSYNTHESISANDREGULATIONINXANTHOMONASORYZAEPV.ORYZAEABSTRACTThegenusXanthomonasisoneofthemostubiquitousgroupsofplant-associatedbacterialpathogens.Membersofthisgenushavebeenshowntoinfectmanyeconomicallyimportantcropsorplants,suchasrice,cotton,soybean,bananaandcitrus.Xanthomonasinfectioncausesseriouslossinyield.AcharacteristicfeatureofthegenusXanthomonasistheproductionofmembrane-boundyellowpigmentscalledxanthomonadin.XanthomonadinsareoneofthemostimportantvirulencefactorsproducedbyXanthomonasandhavebeenshowntoprotectthepathogensfromphotooxidativedamages,toenhancethepathogen’sepiphyticsurvivalonleafsurface,andtogreatlypromotethevirulenceonhostplant.Adiffusiblefactor(DF)hasbeenreportedtobeimplicatedintheregulationofxanthomonadinproductioninXanthomonascampestris.TheDFsignalmoleculehasbeenspeculatedasabutyrolactone,butithasrecentlybeenverifiedtobewrong.DFisconsistof3-HBAand4-HBA.Inthisresearchproject,weuseXanthomonasoryzaepv.oryzae,acausalagentofbacterialblightofrice,asamodelorganism

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