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匈牙利德布勒森大学团队鉴定了轮枝镰孢菌中bZIP转录因子FvatfA在伏马毒素与真菌色素合成中的作用

发布时间:2022-01-01

真菌毒素形成和调控机制


 
FvatfA调控轮枝镰孢的生长、抗逆性以及真菌毒素和色素的合成

FvatfA regulates growth, stress tolerance as well as mycotoxin and pigment productions in Fusarium verticillioides

 

摘要:FvAtfA是玉米病原体轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)中bZIP型转录因子。在本研究中构建了一个ΔFvatfA缺失突变体,并对FvatfA进行基因互补。通过对野生型、突变体和互补型菌株的表型特征进行比较,揭示了FvAtfA在以下几个方面发挥的多功能调控作用:(1)维持菌株在察氏培养基(Czapek-Dox)和马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)上的营养生长和在番茄果实上的侵染生长;(2)保持分生孢子的大小和产量;(3)协调氧化(H2O2,甲萘醌亚硫酸氢钠)和细胞壁完整性(刚果红)的应激防御;(4)调节伏马毒素和色素(比卡菌素和类胡萝卜素)的产量。
        本文报道了轮枝镰孢菌(F. verticillioidesFvatfA基因的缺失及其对轮枝镰孢菌生长、侵染致病、产孢、环境胁迫耐性以及伏马毒素、类胡萝卜素和比卡菌素合成的影响,还讨论了ΔFvatfA突变体中阻断伏马毒素合成和比卡菌素增产的潜在生物防治和工业生产意义。
        匈牙利德布勒森大学(University of Debrecen)科技学院生物技术研究所分子生物技术与微生物学系通过对轮枝镰孢菌野生型、ΔFvatfA突变体和互补型菌株的表型特征进行比较,揭示了FvAtfA发挥的多功能调控作用,并在期刊《Applied Microbiology and Biotechnology》(IF=4.813)发表了相关的研究论文。

关键词:营养生长;侵染性;产孢;氧化应激;细胞壁完整性应激;真菌毒素合成;色素合成

 

1. FvatfA缺失影响菌株的营养生长和致病性

       轮枝镰孢菌ΔFvatfA突变体在察氏培养基和PDA中的生长比野生型的生长弱(图1),且突变体对番茄的侵染生长也比野生型弱(图2)。有趣的是,通过将FvatfA基因重新插入到突变株中可得到两个恢复的互补菌株H7和H9,其生长和侵染性都恢复成与野生型相当的水平(图1, 2)。

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图1 F. verticillioides FGSC 7600野生型菌株、ΔFvatfA突变株和ΔFvatfA’C H7和H9互补株在察氏培养基和PDA上的生长情况
A:菌落生长直径,B:菌落在25°C条件下生长6天的图片


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图2 F. verticillioides FGSC 7600野生型菌株、ΔFvatfA突变株和ΔFvatfA’C H7和H9互补株在番茄上侵染72小时和96小时的情况
A:菌落生长直径,B:菌落在番茄中侵染生长的图片

 

2. FvatfA缺失影响环境胁迫耐受性

       轮枝镰孢菌ΔFvatfA突变体对过氧化氢(H2O2)、叔丁基氢过氧化物(tBOOH)和甲萘醌亚硫酸氢钠(MSB)等氧化应激因子具有更高的敏感性,以及影响真菌细胞壁完整性的刚果红(图3)。

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图3 F. verticillioides FGSC 7600野生型菌株、ΔFvatfA突变株和ΔFvatfA’C H7和H9互补株在不同氧化应激因子(H2O2、tBOOH、MSB)
和细胞壁完整性胁迫影响因子(CR)的生长情况

A:菌落相对生长直径,B:菌落在25°C条件下生长6天的图片


3. FvatfA的缺失影响伏马毒素的合成

       将轮枝镰孢菌野生型、ΔFvatfA突变体和FvatfA的互补株H7, H9在改良的Myro培养基中培养14天,用毛细管电泳质谱CE-MS测定菌液中伏马毒素FB1和FB2的浓度。如图4所示,FvatfA的缺失导致伏马毒素的产量低于CE-MS的检出限。在ΔFvatfA突变体中两个伏马毒素合成基因fum1fum8的表达水平显著低于野生型和两个互补菌株。

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图4 A:用CE-MS测定菌液中FB1和FB2的产量;B:qRT-PCR检测两个伏马毒素合成基因fum1fum8的表达水平


4. FvatfA的缺失影响类胡萝卜素合成

       将轮枝镰孢菌野生型、ΔFvatfA突变体和FvatfA的互补株H7, H9在DG液体培养基中连续光照下振荡培养7天,从菌液中提取类胡萝卜素,分光光度法测定其浓度。ΔFvatfA菌株中只检测到微量的类胡萝卜素,而野生型和两种互补菌株中的含量正常(图5)。利用qRT-PCR比较了野生型、ΔFvatfA突变株和两个互补株中类胡萝卜素合成基因carRAcarBcarT的表达水平。结果表明ΔFvatfA突变体中carRAcarB的相对表达量明显低于野生型和两株互补株(H7、H9),但FvatfA的缺失对carT的表达没有影响,表明ΔFvatfA突变体中carRAcarB这两个基因的下调是类胡萝卜素产量下降的原因。


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图5 A:蓝色表示ΔFvatfA突变体的菌液;B:菌液中类胡萝卜素的产量;C:菌液中类胡萝卜素合成基因carRAcarBcarT的表达水平

5. FvatfA的缺失影响比卡菌素的合成

       在ΔFvatfA突变体在孵育的第7天,察氏培养基平板上出现了深红色色素沉着,这是一种相同条件下培养的野生型菌株中没有观察到的现象,而比卡菌素是ΔFvatfA突变体呈现深红色的原因。ΔFvatfA突变体在孵育5天后比野生型和互补株H7和H9合成了大约多10倍的比卡菌素(图6)。然而,与野生型相比,ΔFvatfA突变株中比卡菌素合成基因bik1的表达并没有增加,表明bik1的过表达不是比卡菌素合成过剩的原因。

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图6 A:深色表示ΔFvatfA突变体的菌液;B:菌液中比卡菌素的产量;C:菌液中比卡菌素合成基因bik1的表达水平

       在ΔFvatfA菌株中,伏马毒素合成基因fum1fum8与类胡萝卜素合成基因carRAcarB的表达均被下调,比卡菌素合成基因bik1的表达不上调,导致菌株不产伏马毒素,类胡萝卜素的产量显著下降,而比卡菌素产量约是野生型的10倍。
       不产伏马毒素ΔFvatfA突变株的发现将推进新型真菌毒素生物防控措施的发展,该菌株中FvatfA对真菌色素的调控对新型镰刀菌生物质和色素生产技术的研发具有重要意义。
 

 
Szabó Z, Pákozdi K, Murvai K, Pusztahelyi T, Kecskeméti Á, Gáspár A, Logrieco AF, Emri T, Ádám AL, Leiter É, Hornok L, Pócsi I. FvatfA regulates growth, stress tolerance as well as mycotoxin and pigment productions in Fusarium verticillioides. Appl Microbiol Biotechnol. 2020 Sep;104(18):7879-7899. doi: 10.1007/s00253-020-10717-6. Epub 2020 Jul 27. PMID: 32719911; PMCID: PMC7447684.


全文链接:https://doi.org/10.1007/s00253-020-10717-6  




 

文稿:黎铭轩     编辑:上官国莲    审核:马艳玲