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农业与生物学院陈捷教授团队揭示哈茨木霉菌纤维素酶系统诱导玉米抗叶斑病机理

发布时间:2016-11-14  阅读次数:48376

      11月10月Nature 系统刊物 (Scientific Reports)在线发表农业与生物学院陈捷教授团队的博士后K.Saravanakumar和博士生范莉莉同学做为共同第一作者发表的哈茨木霉菌(Trichoderma harzianum)纤维素酶与玉米根系互作系统诱导玉米抗叶斑病(Curvularia lunata)的分子机理。木霉菌是国际公认的生物防治真菌,以往主要用于生物防治土壤传播的病害。本研究从植物—病原菌-生防木霉菌三方分子互作角度,揭示了哈茨木霉菌在定殖玉米种子或根系过程中,通过锌指转录因子(Thc6)与木霉菌两种纤维酶基因(Thph1,exo-1,4-β-D-–glucanase; Thph2,endo-1,4-β-D-glucanase)启动子区GGCTAA和GGCTAAA结合,调控两纤维素酶基因表达。研究表明,木霉菌分泌的两纤维素酶基因能促进木霉菌玉米根系皮层内定殖,并发现木霉菌能在根皮层细胞内分泌Thph1、Thph2蛋白。分别用野生株、Thc6、两纤维素酶基因敲除子和Thph1、Thph2蛋白处理玉米根部组织,证明纤维素酶是木霉菌系统玉米抗病性的重要激发子(elicitor),能够激发叶片JA/ET信号(Opr7, Pr4, Erf1, Aoc1)上调表达和活性氧的积累。通过HPLC检测到木霉菌处理的玉米根部组织释放出纤维素降解产物纤维二糖。并证明纤维二糖也参与玉米防御相关基因Opr7、Erf1的上调表达和抗病性诱导。定量蛋白质组学分析发现,Thph1基因敲除后,导致玉米叶片防御反应JA/ET通路相关蛋白MYC2、ACO表达下调,活性氧清除相关蛋白POD表达明显下调,进一步说明该基因与诱导抗性正相关。
      本文提出了哈茨木霉系统诱导植物抗叶斑病防御反应的作用模式:哈茨木霉菌在锌指转录因子Thc6调控下,在玉米根皮层内分泌两个胞外纤维素水解酶,即MAMPs(微生物相关分子模式)分子,MAPMs与玉米根细胞互作降解其细胞壁纤维素分子,释放纤维二糖,即DAMPs(损伤相关分子模式)等糖类小分子。纤维素酶和纤维二糖与根皮层细胞互作诱导玉米根部防御反应,并通过JA/ET信号长距离转导,从而激发玉米叶片对叶斑病的抗性。

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农业与生物学院 李雅乾

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