水稻白叶枯病菌中一个新致病因子受寄主诱导及其调控致病性的机制研究

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is one of the most important bacterial pathogens that causes bacterial blight (BB) of rice in China. In previous works, we identified a novel pathogenic factor XanA through proteomic analysis and systematic mutation. The results showed that XanA is continuously induced (interaction for 3h, 6h, 12h) by host chemicals (probably nutrient signals), and we further found that XanA regulate Xoo carbohydrate metabolism, EPS synthesis and pathogenesis through a growth-independent and yet-to-be identified mechanism. Therefore, the aims of this project are to: (i) identify the host-derived chemical signals that induce expression of XanA at protein level; (ii) identify Xoo key factors that mediate XanA induction by host ; (iii) explore the potential interaction between the host-derived chemical signals and the Xoo key factors; (iv) demonstrate the regulatory mechanism of XanA in virulence of Xoo at biochemical and molecular level. Our results are expected to reveal a novel mechanism of XanA in the regulation of virulence of Xoo, and also provide a new strategy for control of BB of rice by interrupting the XanA-mediated interaction between host and Xoo.

由黄单胞菌水稻致病变种（Xanthomonas oryzae　pv. oryzae, Xoo）引起的水稻白叶枯病是我国水稻生产上一种重要的细菌病害。在前期工作中，申请者通过蛋白组学技术和系统突变，从Xoo中鉴定了一个新的致病相关基因xanA，发现该基因在病菌侵染过程（互作3h、6h、12h）中受寄主水稻（初步鉴定为小分子营养物质）持续诱导表达；同时发现该基因通过不依赖生长的某种未知的机制来调控病菌碳源代谢和胞外多糖的生物合成，进而调控病菌的致病性。本项目拟以xanA为切入点，从寄主水稻中鉴定诱导xanA表达的化学物质；从病菌中鉴定介导xanA受水稻诱导表达的关键因子；探索化学物质与关键因子的互作关系；研究xanA受诱导表达后调控Xoo致病性的生化与分子机制。研究结果将有望揭示一种新的Xoo致病机制，同时为通过阻断这种诱导表达途径实现水稻白叶枯病的防控提供理论依据和新的策略。

由黄单胞菌水稻致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）引起的水稻白叶枯病是世界水稻生产上一种重要的细菌病害，相关研究发现一些重要的致病基因在病原细菌与寄主的互作过程中被诱导表达，它们和病原细菌在寄主上的侵染致病以及毒性因子的合成密切相关。前期研究中，我们利用比较蛋白质组学方法在Xoo-水稻的互作系统中发现了受寄主诱导表达的毒性因子xanA和rocF，然而它们受寄主诱导表达并调控Xoo毒性的分子机制尚不明确，为了解析xanA和rocF受寄主诱导并参与致病的机制，本项目实施过程中开展了以下工作：（1）通过构建xanA-gus基因表达报告菌株，明确了木糖、半乳糖等碳源能够诱导xanA基因的表达；（2）结合细菌单杂交和转录表达分析，发现PXO_06036等AraC家族转录因子在调控xanA基因表达的过程中具有重要作用；（3）通过蛋白原核表达和生化功能分析，证实了XanA的葡萄糖磷酸变位酶活性；（4）通过突变体构建、致病表型分析和转录组测序，发现xanA主要通过影响Xoo的碳源利用、EPS合成、鞭毛运动和趋化性来调控致病性；（5）通过体外单一氨基酸诱导分析，明确了精氨酸能够特异性地诱导rocF基因的表达；（6）利用致病相关表型分析和转录组学分析，解析了rocF基因参与Xoo致病的工作机制，结果表明rocF主要通过影响Xoo的胞外多糖产量、生物膜形成和对过氧化氢的耐受性来调控致病性。本研究系统地揭示了xanA和rocF受寄主诱导并参与致病的机理，丰富了水稻白叶枯病菌致病机制和互作机制研究的理论内涵，为通过阻断这种致病途径实现水稻白叶枯病的科学防控提供了理论依据和新的策略。项目执行期内，发表SCI论文5篇（标注）；培养毕业研究生4名，其中博士生2名，硕士生2名。本研究完成了项目规定的考核指标。