大豆疫霉糖苷水解酶GH19基因家族的生物信息学分析与生物学功能研究(2)
2.4 PsGH19基因敲除影响大豆疫霉有性生殖 9
3 讨论 9
致谢 11
参考文献 12
附表1 13
附图1 15
大豆疫霉糖苷水解酶GH19基因家族的生物信息学分析与生物学功能研究
引言
卵菌是一类包括疫霉、水霉、绵霉、腐霉、霜霉和白锈等多种动植物病原物在内的真核微生物[1]。其中的疫霉属（Phytophthora）是一类重要的植物病原菌群体，该属的100多种中绝大多数可以侵染双子叶植物，对于农业生产和生态环境具有严重破坏作用[2]。大豆疫霉（Phytophthora sojae）属于茸鞭生物界卵菌门疫霉属，能够侵染大豆引起根腐病，是大豆生产上的一种毁灭性病害，全球由于大豆根腐病导致的经济损失每年高达十几亿美元[3]。相对于细菌与真菌，疫霉菌基因组较大，并且遗传转化困难，疫霉菌致病机理的研究进展非常缓慢。但是，卵菌遗传转化和植物瞬时转化技术不断成熟[2],大豆疫霉基因组序列测序完成，在生物信息学的技术前提下，以外泌蛋白为对象的卵菌致病机理的研究逐渐取得了一系列突破性的进展[4]。
病原体的水解酶通过宿主大分子的降解及次级代谢物的解毒是引起植物发病的主要途径[5]。碳水化合物活性酶可以降解植物细胞壁聚合物，以允许病原体侵入植物组织并为病原体提供营养物质[6]。这些酶包含果胶酶、纤文素酶、多聚半乳糖醛酸酶、葡聚糖酶和木葡聚糖酶。一些物种编码碳水化合物活性酶基因的缺失影响病原菌对植物的侵染。在炭疽菌属中，果胶裂解酶基因CcpelA的缺失导致侵染绿色番茄果实的毒力实质性损失[7]，而在赤叶枯刺盘孢菌中，果胶裂解酶基因PelB的缺失降低了对鳄梨（美洲山茱萸果实）的毒力 [8]。然而，大部分细胞壁降解酶（Cell Wall Degrading Enzymes, CWDEs）在毒力中的特定作用仍然很大程度上未知，尤其是在卵菌纲中。
植物的先天免疫系统已经进化为检测CWDE作为免疫应答的诱导物[9]。由CWDEs产生的一些植物细胞壁片段可以在植物中引发防御反应。然而，可以由植物的先天免疫系统检测的微生物的全部水解酶仍然大部分未被发现。在P. sojae和P. ramorum中鉴定来自糖基水解酶家族12的总共18种旁系同源的木葡聚糖特异性内切葡聚糖酶（EGL），这些基因编码预测的细胞外酶能够水解宿主细胞壁的木葡聚糖组分[10]。由大豆疫霉菌产生的具有木葡聚糖酶和β-葡聚糖酶活性的糖苷水解酶家族12（GH12）蛋白——XEG1，加强了P. sojae的毒力[11]。
碳水化合物活性酶（Carbohydrate-Active enzymes，CAZymes）包含多种植物细胞壁降解酶。植物病原菌可产生CWDE来降解寄主细胞壁，从而帮助其侵入植物组织。然而，大豆疫霉等植物病原卵菌中大多数细胞壁降解酶基因的生物学功能尚未被揭示，糖苷水解酶基因家族19的研究也很少有报道。糖苷水解酶是一类水解两个或多个糖类之间的糖苷键或一个糖类与非糖类之间的碳水化物部分的内效酶类（EC 3.2.1.14）, 其催化聚合物中β-1,4-N-乙酰基-D-葡糖胺键水解[12]。碳水化合物活性酶涉及碳水化合物和糖复合物代谢，包括糖苷水解酶（GH）、糖基转移酶（GT）、多糖裂解酶（PL）和碳水化合物酯酶（CE）[13]。在大部分情况下，糖苷键的水解是由酶的两个氨基酸残基催化的，其催化残基是两个谷氨酸盐，一个位于第三alpha螺旋的末端，起催化剂的通用酸的作用，另一个位于可变的环状结构，充当催化通用碱[14]。糖苷水解酶家族19基因编码的蛋白质具有几丁质酶活性，随机水解分离几丁质和壳糊精的糖苷键。
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