《玉米彎孢葉斑病菌呋喃型毒素生物合成途徑研究》是依託上海交通大學，由陳捷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：玉米彎孢葉斑病菌呋喃型毒素生物合成途徑研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳捷
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
甲基-（5-羥甲基）呋喃-2-羧酸鹽是玉米彎孢葉斑病菌產生的非寄主專化性毒素，是引起玉米葉斑病的重要致病因子。本項目在分子和生化水平上研究該毒素生物合成途徑，對於揭示病菌產生毒素機理、篩選抗毒素作用靶標具有重要意義。通過比較基因組學、基因功能分析和生物化學等方法，篩選鑑定呋喃型毒素生物合成核心基因簇成員和毒素合成中間產物；在不同光照和營養條件下研究毒素生物合成核心基因簇成員互作性質、協同表達時序性及其與中間產物合成和積累的對應關係，構建呋喃型毒素生物合成核心基因簇成員相互關係連鎖圖；研究毒素生物合成核心基因簇編碼酶蛋白活性中心結構特徵和催化效應，綜合提出玉米彎孢葉斑病菌呋喃型毒素生物合成分子和生化途徑，填補國際空白，為全面揭示該病菌產生毒素分子機理奠定理論基礎。
結題摘要
甲基-（5-羥甲基）呋喃-2-羧酸（M5HF2C）是玉米彎孢葉斑病菌（Curvularia lunata）產生的非寄主專化性毒素，是引起玉米葉斑病的重要致病因子。本項目在分子和生化水平上研究該毒素生物合成途徑和調控機制，對於揭示病菌產生毒素機理及病原菌致病機制具有重要意義。 轉錄組分析表明，PKS途徑與彎孢菌毒素M5HF2C合成密切相關。通過敲除PKS18基因，發現該基因是M5HF2C毒素合成的關鍵相關基因。與野生株(16.3ng/mL)相比在∆PKS18菌株(3.05ng/mL)中，毒素含量下降極顯著。 構建了MAPK信號通路相關基因（Clk1、Clm1、Clh1）的缺失突變株，△Clk1不產生呋喃毒素，△Clh1和△Clm1雖然檢測到呋喃毒素，但與野生型菌株CX-3相比，含量明顯降低（P＜0.01）。通過敲除次生代謝調控相關基因clvelB發現，M5HF2C毒素的合成量大幅度下降，而回補株M5HF2C毒素合成量顯著恢復。上述結果證明，MAPK基因和clvelB是呋喃毒素合成的調控因子。 為了鑑定毒素的合成前體和中間產物，通過酵母雙雜交篩選到了與毒素合成調控因子Clt-1互作的木聚糖酶（ClXyn24）、乙醯木聚糖酯酶（ClAxe43）。進一步通過構建ClXyn24和ClAxe43缺失突變株及這兩個基因的雙缺失突變株株，發現突變株中乙醯輔酶A和丙二醯輔酶A的累積明顯減少。不僅如此，Q-PCR驗證發現PKS18及其所在基因簇下游的13個基因，在ΔClXyn24、ΔClAxe43和ΔClXyn24&ClAxe43表達量均顯著下調。證明PKS18通路的表達與木聚糖代謝有關。因此認為Clt-1通過其BTB結構域與ClXyn24、ClAxe43發生互作，作用於木聚糖代謝的上游途徑，產生了毒素合成的重要底物乙醯輔酶A。為了深度挖掘M5HF2C毒素合成前體物質，我們檢測了PKS18敲除突變株代謝組，發現與毒素結構非常類似的化合物糠醛（a-呋喃甲醛）明顯積累，即PKS18負調控糠醛形成。綜合分析認為，木糖/木聚糖代謝與糠醛的形成及毒素合成發揮了重要作用。
