两套组氨酸代谢系统在水稻细菌性条斑病菌致病中的功能与机制

Bacterial leaf streak caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzicola is an important bacterial rice disease. In previous works, we have addressed the critical roles of DSF signal system in the virulence of Xoc, and identified five DSF-controlled and uncharacterized virulence factors.Of these, HshB shared a same and conserved domain with HutI, a critical component of the known histidine degradation system in Xoc, however, no similarity was observed in sequence between each other. Furthermore, our recent results, on one hand, showed that DSF signal system used an indirect and uncharacterizaed mechanism(s) to modulate the expression of hshB and HutI at transcriptional level; on the other hand, revelad that both hshB and hutI were involved in histidine degradation and virulence in Xoc.In the present study, on one hand, we aim to investigate and compare the genetic mechanisms of DSF signal system in the transcriptional regulation of hshB and hutI; on the other hand, we are interested to address the relationship(s) between hshB and HutI in modulating histidine degredation and virulence in Xoc. Our results will reveal a new mechanism of DSF signal pathway in the modulation of histidine degradation and virulence in Xanthomonas.

由稻黄单胞菌稻生致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc）引起的细菌性条斑病是水稻上一种重要的细菌病害。申请者在前期工作中已明确DSF（Diffusible Signal Factor）信号系统调控了Xoc在水稻上的致病性,并鉴定了DSF信号途径下游的5个致病因子。其中，HshB与Xoc已知的组氨酸代谢途径中一个保守的组份HutI具有同样的结构域，但两者没有序列同源性。近期结果表明：在Xoc中，DSF信号系统通过一种间接机制来调控下游hshB和HutI的转录；hshB和hutI均调控组氨酸代谢和致病性。本项目以hshB和HutI为研究对象，从上游层面研究DSF信号系统调控两者转录的分子机制，并明确调控机制的异同点；从下游层面解析两者在调控组氨酸代谢和致病性方面的关系。研究结果将揭示黄单胞菌中DSF信号途径调控组氨酸代谢和致病性的一种新机制。

由稻黄单胞菌稻生致病变种（Xanthomonas. oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的细菌性条斑病是水稻生产上的主要病害之一。组氨酸是生物体蛋白质合成的必需氨基酸之一，其生物合成途径已得到广泛的研究，但是其在水稻黄单胞菌（Xanthomonas oryzae）中的致病功能仍然没有报道。前期研究中，我们在 Xoc 中鉴定到两套负责组氨酸代谢的系统，一套是黄单胞菌保守的 Hut 系统，另一套是包含 Xoc 中受群体感应调控的重要致病因子HshB 的系统，为了解析两套系统在调控组氨酸代谢和致病性方面的关系，本项目实施过程中开展了以下工作：（1）利用ITRAQ蛋白组学和转录组学技术，比较分析了Xoc野生型菌株和缺失突变株ΔhshB中基因和蛋白质的转录及表达的变化，结果发现 hshB的缺失导致305个基因转录水平发生显著变化，621个蛋白质表达水平发生变化，归纳分析后发现hshB可通过影响大量转录因子的表达来调控病原菌鞭毛装配、抗氧化压力、胞外多糖产生及生物膜形成等致病相关表型，初步揭示了hshB参与致病性的机制；（2）通过细菌双杂交技术，研究了群体感应系统对HshB的调控机制，揭示了群体感应系统可通过全局性调控因子Clp直接结合HshB；（3）对hshB所在的nodB-rhgB基因簇进行了系统的研究，揭示了两个与hshB密切相关并受群体感应系统调控的新型致病相关基因hshA与hshC；（4）利用生物信息学，系统的分析了Xoc中组氨酸代谢系统（包括组氨酸的生物合成系统和降解系统），通过构建相关基因缺失突变株，研究了Xoc中组氨酸的生物合成系统和降解系统与病原菌致病性的关系，结果表明Xoc中组氨酸的生物合成系统与病菌致病性密切相关；（5）系统解析了组氨酸生物合成系统中双功能蛋白HisB和组氨酸生物合成调控因子TrpR的工作机制，结果表明HisB和TrpR均可通过影响病原菌在水稻叶片上的定殖能力来参与病菌致病性，此外，研究结果还首次揭示出HisB可参与调控病菌黄色素的合成。本研究系统深入的对Xoc 中两套组氨酸代谢进行了研究，揭示了两套组氨酸代谢系统参与调控Xoc的致病机理，为寻找药剂靶标，设计水稻细菌性条斑病的新型防控策略提供了理论支持。项目执行期内，发表SCI论文4篇（标注）；培养研究生6名，其中博士生4名，硕士生2名。本研究完成了项目规定的考核指标。