基于代谢组学研究玉米大斑病菌漆酶影响病菌发育及致病的生化机制

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基本信息

  • 批准号:
    31901827
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1401.植物病理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Laccases is a kind of polyphenol oxidase with a wide range of substrates, and play an important role in fungal development and pathogenicity. In our previous study, Stlac1, Stlac2 and Stlac6 are the major active laccase in the Setosphaeria turcica . The knock-out mutants of StLAC1 and StLAC2 leads to abnormal morphology, no sporulation and loss of pathogenicity. In this study, based on the construction of StLAC6 knock-out mutants, the function difference of the major genes will be studied on the development and pathogenesis. Metabolomics will be used to analyze the different metabolites and metabolic pathways caused by laccase gene knock-out. For screening metabolites directly caused by laccase, molecular docking and fluorescent titration will be used to identify laccase substrates. The substrates and inhibiters of metabolic pathways will be used to verified the relationship between phenotypic changes and metabolite differences, which analyze the biochemical mechanisms of laccase affecting the development and pathogenicity. This study will bring insight of the biological functions of laccase from the perspective of metabolism, expand the understanding of the pathogenic mechanism of plant pathogenic fungi. At the same time, the identification of the endogenous metabolites affecting pathogenesis, will provide the information for design the new fungicides for fungal diseases control.
漆酶是多酚氧化酶,作用底物广泛,在真菌发育及致病中扮演重要角色。前期研究发现Stlac1、Stlac2 和Stlac6为玉米大斑病菌中主要表达的具有漆酶活性的蛋白,其中StLAC1和StLAC2基因缺失后导致菌丝形态异常、不产孢且致病性丧失。本研究在分别创制这3个基因敲除突变体的基础上,分析其在生长发育及致病等方面的功能差异;利用代谢物组学技术,鉴定基因敲除导致的代谢物及代谢途径差异。利用分子对接技术及荧光滴定技术筛选与漆酶稳定结合的差异代谢物,通过体外酶促反应验证同工酶的天然作用底物;进而通过验证漆酶作用底物及代谢途径抑制剂对病菌表型的影响,明确漆酶导致的代谢物差异与突变体表型差异之间的关联。本研究从代谢的角度对漆酶参与影响病菌发育及致病的生化机制进行解析,拓展对植物病原真菌致病机制的认识,同时影响病菌致病的内源性代谢物的鉴定为开发新型杀菌剂和真菌病害防治的新途径提供参考依据。

结项摘要

漆酶作为多酚氧化酶,在真菌发育及致病中扮演重要角色。玉米大斑病菌是玉米叶部病害重要致病真菌之一,前期研究发现玉米大斑病菌基因组编码9个漆酶基因,其中Stlac1、Stlac2 和Stlac6为主要表达的具有漆酶活性的蛋白。通过创制这3个基因的敲除突变体,发现StLAC1和StLAC2敲除后病菌的黑色素合成受阻,进而影响了附着胞萌发,导致致病性降低,StLAC6主要影响过氧化物酶体功能,敲除后导致病菌对杀菌剂的敏感性降低。利用代谢物组学分析了StLAC1、StLAC2和StLAC6敲除突变体细胞内外代谢物及代谢途径的差异,结果显示StLAC1和StLAC2缺失导致细胞内DHN黑色素前体化合物含量发生变化,同时影响了几丁质等细胞壁成分;StLAC1缺失影响了脂类化合物的合成,从而影响附着胞发育、致病性及菌丝形态;StLAC6基因缺失导致真菌毒素含量增加。通过蛋白与差异代谢物分子对接及荧光滴定法证实,25-羟基维生素D2、桔霉素、核黄素等是漆酶的天然底物,而漆酶不直接作用于磷脂等脂类化合物。同时发现Stlac1和Stlac6可以降解玉米木质纤维素中的木质素。黑色素调控转录因子StMR1直接调控StLAC2的表达,参与黑色素合成及致病。本项目结果从代谢的角度对漆酶参与影响病菌发育及致病的生化机制进行了深入的解析,拓展对植物病原真菌致病机制的认识,同时为开发新型杀菌剂和真菌病害防治的新途径提供参考依据。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Melanin, DNA replication and autophagy affect appressorium development of Setosphaeria turcica by regulating glycerol accumulation and metabolism
黑色素、DNA复制和自噬通过调节甘油积累和代谢影响Setosphaeria turcica附着胞发育
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Integrative Agriculture
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Guo Xiaoyue;Liu Ning;Liu Binghui;Zhou Lihong;Cao Zhiyan;Hao Zhimin;Dong Jingao
  • 通讯作者:
    Dong Jingao
Characterization of laccase gene StLAC6 involved in the pathogenicity and peroxisome function in Setosphaeria turcica
斑球菌漆酶基因StLAC6的鉴定及其致病性和过氧化物酶体功能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Integrative Agriculture
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Liu Ning;Zhang Qingqing;Jia Hui;Zhao Bin;Zhu Ziping;Cao Zhiyan;Dong Jingao
  • 通讯作者:
    Dong Jingao
真菌漆酶:多样的生物学功能及复杂的天然底物
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1674-7968.2020.02.015
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业生物技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘宁;贾慧;申珅;曹志艳;董金皋
  • 通讯作者:
    董金皋
玉米大斑病菌小柱孢酮脱水酶StSCD家族鉴定及其功能分析
  • DOI:
    10.3864/j.issn.0578-1752.2022.16.006
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝玉彬;李海笑;张赛;刘宁;刘英姿;曹志艳;董金皋
  • 通讯作者:
    董金皋
基于液质联用的玉米大斑病菌代谢组的方法优化
  • DOI:
    10.13597/j.cnki.maize.science.20210522
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    玉米科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵逍遥;张倩倩;杨子怡;刘美玉;赵佳丽;张金玥;曹志艳;刘宁;董金皋
  • 通讯作者:
    董金皋

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其他文献

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  • 通讯作者:
    刘宁

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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