水稻细菌性条斑病菌中一个受DSF群体感应系统调控的新型致病因子的鉴定及其致病机制研究

申请者在前期工作中证实水稻细菌性条斑病菌（Xoc）的DSF型群体感应（QS）系统调控病菌在水稻上的致病性（Zhao et al., 2011），并通过蛋白质双向电泳、基因敲除等手段从Xoc中鉴定了4个受DSF调控的新型致病因子，包括AsnB（天冬酰胺合成途径中一个关键酶）, FlgE（鞭毛合成相关蛋白）, FlgD（鞭毛合成相关蛋白）和RS27（Xoryp_010100018570，假定外泌蛋白）。其中，RS27的缺失突变株完全丧失了在水稻上的致病性，并且该蛋白在水稻白叶枯病菌（Xoo）中没有同源基因，揭示该蛋白可能是Xoc中独有的（与Xoo相比）致病相关因子。本项目拟利用MYC标签、转录组测序、基因克隆、敲除、gel-shift等技术来解析Xoc中RS27的外泌情况、致病机理及其调控机理。研究成果对深入认知Xoc的致病机制、寻找新的药物靶标、设计病害控制策略具有一定的理论和实践价值。

水稻条斑病菌（Xanthomonas. oryzae pv. oryzicola，Xoc）引起的细菌性条斑病是水稻生产上的一种重要病害。群体感应（Quorum sensing, 简称QS），是细菌监控种内或种间群体密度的环境信号感应系统，参与调控细菌的多种生物学功能。前期研究中，我们鉴定到一个受群体感应系统调控的新颖致病相关因子RS27，基因注释为假定外泌蛋白，其编码基因命名为hshB，该基因的缺失导致Xoc的致病性几乎完全丧失。为了解析hshB的致病机制，本项目实施过程中开展了以下工作：（1）通过构建hshB的缺失突变体，研究了hshB与病菌主要致病因子（如胞外多糖、抗氧化压力、胞外蛋白酶、水稻叶片内的定殖能力、T3SS等）的关系，明确了hshB参与菌体致病性的机理；（2）利用高通量测序技术，对Xoc野生型菌株Rs105和缺失突变株ΔhshB在XOM3培养基中的转录组进行了比较分析，结果发现 hshB的缺失导致305个基因的表达水平发生显著变化，其中177个基因下调表达，128个基因上调表达， 这些基因涉及核糖体的生物合成、鞭毛装置、细菌的趋化性、抗氧化压力、双组份系统、细菌的分泌系统、脂肪酸代谢、氮源代谢等；（3）为进一步揭示hshB参与调控致病性的机制，我们选取了不同功能的候选基因进行了缺失突变，包括鞭毛合成相关基因filE，胞外酶相关基因（丝氨酸蛋白酶Xoc_1601和蛋白酶Xoc_3806）和抗病基因XA21介导的免疫激活子Ax21，发现这些基因的缺失显著影响病菌的致病性；（4）另外，通过生物信息学分析发现hshB位于一个相对保守的nodB-rhgB基因簇内，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和hshC；（5）最后，本研究系统评价了2个受hshB调控的致病相关基因epV和asnB的工作机制，结果表明epV和asnB主要通过影响Xoc的蛋白酶分泌和氮源代谢能力参与调控致病性。本研究成果对深入认识hshB参与调控Xoc的致病机理，寻找新的药剂靶标，设计条斑病的控制策略具有一定的理论和实践价值。项目执行期内，发表研究论文7篇，其中SCI论文6篇；培养研究生6名，其中博士研究生2名。本研究完成了项目规定的考核指标。