[发明专利]梨孢菌PalH蛋白及其编码基因的功能与用途

说明书

技术领域

本发明涉及植物保护和真菌基因工程领域中控制真菌菌丝生长、分生孢子产生与致病力的基因及其编码蛋白的功能与应用。

背景技术

梨孢菌(Magnaporthe oryzae)是子囊菌亚门的真菌，能侵染水稻、小麦、大麦、粟以及其它多种禾本科植物，导致瘟病。尤其是该菌侵染水稻引起的稻瘟病在世界各个栽培稻区每年均有发生，危害广泛严重。一般情况下，稻瘟病的危害可使水稻减产5-10％，重病田可导致水稻绝收。稻瘟病在我国曾多次流行，也是我国水稻的主要病害之一。

梨孢菌对植物的侵染起始于分生孢子的形成，其过程包括分生孢子附着到植物叶片上后，经过萌发，附着胞形成与成熟，附着胞内膨胀压的产生与累积，侵染钉产生与植物表皮的穿透，侵染性菌丝在植物细胞内的形成与分支，侵染性菌丝在植物细胞间和组织间的扩展等几个步骤。梨孢菌侵染感病寄主时，侵染性菌丝在植物组织间的扩展导致形成直径2-3毫米以上的梭形灰色或灰褐色病斑，这些病斑中的侵染菌丝穿透植物组织向空中分化形成分生孢子梗，进一步形成分生孢子。分生孢子在风、雨的冲刷下释放、附着，引起植物的再侵染。梨孢菌从分生孢子附着到分生孢子再产生的周期一般所需时间为3-5天；在植物的生长季节，如果条件适宜，能够多次侵染，造成危害。稻瘟病的严重度与菌丝扩展能力及形成分生孢子的多少直接相关，鉴定控制梨孢菌菌丝生长、分生孢子形成及其形态建成、侵入钉形成与侵染菌丝扩展的基因及其功能不仅对于揭示梨孢菌及相关丝状真菌的生长和发育机制具有重要的理论意义，而且对于研发控制包括稻瘟病在内的植物真菌病害的药剂具有重要应用价值。

在丝状真菌中，菌丝内的细胞以横隔为界，菌丝的生长为顶端生长类型，其生长仅限于菌丝顶端的穹窿区域，在直径均匀的后部管状区域则几乎不再伸长，菌丝的生长速率在顶端最大，而在伸长区的基部，生长速率几乎为零。菌丝的顶端生长是通过菌丝顶端细胞的向顶性扩展来实现的。

菌丝的顶端生长涉及泡囊、肌动蛋白、膨压、细胞壁等的形成(Gow N.A.R.1994)，其中最主要的影响来自于菌丝细胞壁。当菌丝进行顶端生长时，菌丝顶端细胞壁必须维持一定可塑性，以便新的壁物质加入，使壁不断向前延伸，但同时又必须具有一定刚性，以抵抗胞内膨压，防止原生质从菌丝顶端喷出，顶端细胞壁刚性和可塑性的平衡在菌丝顶端生长过程中起着重要的作用(窦洁，1997)。菌丝细胞壁的成分较为复杂，包含有几丁质、纤维素、半纤维素、α和β葡聚糖、蛋白及脂类物质等成分，另外细胞壁中也含有不同数量的无机离子，如磷、钙、镁离子等，它们相互连接构成菌丝外结构。

真菌的生长除了需要一定的营养物质外，还要求有一定的环境条件，如一定的温度、湿度、pH值和光照等。每种环境因子对生长都有最适点、最高限和最低限，超过高限、低于低限，真菌将停止生长。而且，有少数真菌对极端环境有很强的耐受性。

大多数真菌在pH3～9都能生长。植物病原真菌生长的最适pH为5～6.5，而皮肤真菌在pH4～10都可生长。氢离子浓度对一些金属离子的利用有一定影响，一些金属离子形成的复合物在一定pH范围内是不溶解的。Mg²⁺和PO₄^3-在酸性条件下呈游离状态，pH升高会形成不可溶的复合物，真菌即不能利用。在碱性培养基中铁离子形成不可溶的复合物，造成培养基中铁离子的缺失。钙和锌离子也有相似的现象。pH还能影响细胞的渗透性。在酸性条件下，细胞质膜被H⁺饱和，限制了阳离子的通行。在碱性条件下，细胞质膜被OH^-饱和，限制了阴离子的通行。外界的氢离子浓度也影响细胞内的pH，从而影响酶的活性。酶在最适pH条件下才有活性，各种酶有不同的pH要求。大多数酶的最适pH为4～8。在极端pH环境中，某些真菌可借助自身的活性来改变环境中的pH，因此，它能够在不同的pH环境中生长。耐酸菌虽然能生活在低pH的环境中，但是它们的细胞内含物的pH并不低，否则ATP、核酸和其他组分将被水解。耐酸菌的基本特征是在它们的细胞内能维持正常的pH环境。

受环境pH影响表达的基因包括那些表达分泌酶，透性酶和代谢产物转运蛋白的基因，这些基因只在特定的环境pH下表达或者与维持细胞内pH平衡相关。但目前有关真菌生长的特异性基因克隆报道很少。