A-to-IRNA编辑介导禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶GCN5对有性发育的调控

摘要

小麦赤霉病是影响我国粮食产量和食品安全的一种重大真菌病害，除了造成小麦产量降低，还会在感病小麦中大量积累真菌毒素 DON，引发食品质量安全问题。禾谷镰刀菌是小麦赤霉病的主要致病菌，其有性子囊孢子作为重要的初侵染源，在小麦赤霉病的发生过程中起到了至关重要的作用。本实验室前期研究发现，禾谷镰刀菌有性发育阶段存在A-to-I RNA编辑现象，A-to-I RNA编辑导致有性阶段表达的半数以上基因编码的蛋白产物发生改变。其中，组蛋白乙酰转移酶基因 GCN5 表达的 22%转录本的终止密码子 TAG 在有性发育阶段被 RNA 编辑后变成 TGG，出现翻译通读，因此，GCN5在有性发育阶段可同时编码一个正常大小的蛋白和一个延长了50个氨基酸的长蛋白。由于组蛋白乙酰转移酶介导的组蛋白乙酰化是一种重要的表观修饰机制，可参与调控基因的转录和沉默、染色质凝聚、DNA复制、胁迫应答等多种细胞生命过程，因此，有性发育阶段特异出现的GCN5长蛋白很可能具有一些特异的调控功能。 为了探究A-to-I RNA编辑及长蛋白的功能，我们对禾谷镰刀菌的GCN5基因进行了敲除分析，发现敲除突变体菌落生长滞缓、气生菌丝少、不产孢、致病能力完全丧失。此外，突变体有性发育发生严重缺陷，不能产生子囊壳。外源引入野生型 GCN5 片段（GCN5TAG）到突变体中可以完全恢复ΔGCN5突变体的表型；单独引入编辑前的GCN5片段（GCN5TAA）后，互补菌株在营养生长、产孢和致病力等方面均能恢复到野生型水平，但有性发育只部分恢复，能产生子囊壳，但子囊和子囊孢子发育以及子囊孢子喷发存在缺陷；单独引入编辑后的GCN5片段（GCN5TGG）后，互补菌株有性阶段表型不能恢复，但无性阶段表型部分恢复。因此，收集互补菌株（GCN5TAG）和编辑前短片段菌株（GCN5TAA）的子囊壳送样测乙酰化组，结果表明编辑前短片段菌株乙酰化活性比互补菌株乙酰化活性高。并且编辑前GCN5短蛋白与Ada2互作强，而编辑后的GCN5长蛋白明显与Ada2互作减弱，表明终止密码子丧失编辑的确可以通过影响复合体亚基间的互作来调控组蛋白乙酰化。综上所述，GCN5基因终止密码子上的A-to-I RNA编辑通过影响复合体亚基间的互作，进而影响乙酰化活性，参与调控禾谷镰刀菌的有性发育。该研究有助于揭示RNA编辑与组蛋白修饰这两大表观修饰机制之间的联系，为有效开展小麦赤霉病防控工作提供理论参考。

目录

声明

第一章 前言

1.1小麦赤霉病的危害

1.2 A-to-IRNA编辑

1.3组蛋白修饰的重要调控作用

1.4 介导组蛋白乙酰化的主要酶及复合体

1.5 GCN5的功能及调控机制

1.6本研究的目的及意义

第二章RNA编辑对禾谷镰刀菌中GCN5基因功能调控

2.1 GCN5基因功能研究

2.1.1 GCN5基因序列分析

2.1.2 GCN5点突变载体与互补载体构建

2.1.3实验方法

2.2表型观察

2.2.1材料

2.2.2实验方法

2.3实验结果

2.3.1营养生长的表型

2.3.2侵染小麦的表型

2.3.3有性子囊壳形态

2.3.4有性喷发

2.3.5子囊形态及子囊孢子形成

2.3.6编辑前短片段菌株(GCN5TAA)与mat 1-1-1菌株杂交

2.3.7编辑后长片段菌株 (GCN5TGG) 对组蛋白乙酰化的影响

2.3.8 GCN5TAA和GCN5TGG分别与Ada2互作

2.4讨论

第三章 全文结论

参考文献

致谢

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