Involvement of Trichoderma Trichothecenes in the Biocontrol Activity and Induction of Plant Defense-Related Genes
- 作者
- M.G. Malmierca, R.E. Cardoza, N.J. Alexander, P.S.P. McCormick, R. Hermosa, E. Monte, S. Gutierrez
- 单位
- Area of Microbiology, Universit School of Agricultural Engines. University of Leon, Campus de Ponferrada, Ponferrada, Spain; Bacterial Foodborne Pathogen and Mycology Unit, USDA/ARS, National Center for Agricultural Utilization Research, Peoria, Illinois, USA; Spanish-Portuguese Centre of Agricultural Research (CIALE), Department of Microbiology and Genetics, University of Salamanca, Salamanca, Spain
- 杂志
- Applied and Environmental Microbiology（2013）
- DOI
- 10.1128/AEM.00385-12
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
研究Trichoderma arundinaceum产生的trichothecene类真菌毒素（尤其是harzianum A）在生物防治活性和诱导植物防御基因表达中的作用
研究策略
通过基因破坏和RNA干扰沉默tri4基因，比较突变株与野生型在harzianum A产量、抗真菌活性、诱导番茄防御基因表达等方面的差异，并分析tri基因在相互作用中的表达变化
研究路线图
核心内容
本研究通过基因破坏与RNA干扰策略沉默Trichoderma arundinaceum中的tri4基因，系统探究了trichothecene类毒素（尤其harzianum A）在生物防治及诱导植物防御中的作用。结果显示，野生型Ta37在24小时时harzianum A产量达18.60 μg/ml，而tri4破坏突变体完全丧失该毒素合成能力；沉默株TaS4-9在48小时产量为12.98 μg/ml，低于野生型的18.28 μg/ml。在抗真菌活性方面，野生型对灰葡萄孢在赛璐玢膜上抑制率达100%，而tri4破坏株降至89.2%。值得注意的是，tri4破坏突变体的几丁质酶活性在96小时达到11.90 nmol/min/mg干重，约为对照的2.5倍。在番茄防御基因诱导实验中，野生型处理并感染灰葡萄孢时PR1b1、PR-P2、PINII等基因分别上调11.5至31.0倍，而tri4突变体处理下多数基因上调幅度显著降低，甚至PINII被下调。该研究首次揭示harzianum A在植物防御敏化中的关键作用，并发现病原菌与植物可反向调控tri基因表达，形成复杂的三方互作网络，为理解木霉生防机制提供了新视角。
创新点
首次揭示harzianum A在植物防御敏化中的关键作用；发现tri4破坏导致中间代谢物12,13-环氧trichothec-2-醇积累；发现B. cinerea和R. solani对tri基因表达的不同调控
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Trichoderma arundinaceum IBT 40837 | trichothecene生物合成 | tri4 | Tri4 (cytochrome P450 monooxygenase) | 催化 | 催化trichodiene的C-2, C-12, C-11三步氧化生成isotrichodiol |
| Trichoderma arundinaceum IBT 40837 | trichothecene生物合成 | tri5 | Tri5 (trichodiene synthase) | 催化 | 将法尼基焦磷酸环化生成trichodiene，是途径第一个关键酶 |
| Trichoderma arundinaceum IBT 40837 | trichothecene生物合成 | tri11 | Tri11 (cytochrome P450 monooxygenase) | 催化 | 催化12,13-环氧trichothec-9-烯的C-4羟基化生成trichodermol |
| Trichoderma arundinaceum IBT 40837 | trichothecene生物合成 | tri3 | Tri3 (acyltransferase) | 催化 | 推测催化trichodermol的C-4氧酰基化生成harzianum A或trichodermin |
| Trichoderma arundinaceum IBT 40837 | trichothecene生物合成 | tri6 | Tri6 (zinc finger transcription factor) | 调控 | 正调控因子，调控tri基因表达 |
| Trichoderma arundinaceum IBT 40837 | trichothecene生物合成 | tri10 | Tri10 (regulatory protein) | 调控 | 调控因子，在与R. solani对峙时未被诱导 |
关键发现
- 野生型Ta37在24h时HA产量为18.60 μg/ml，而tri4破坏突变体为0
- tri4沉默株TaS4-9在48h产量为12.98 μg/ml（比野生型18.28 μg/ml低）。在cellophane膜上对B. cinerea的生长抑制率，野生型为100%，TaΔTri4为89.2%，TaS4-9为96.0%
- 在透析膜上对B. cinerea抑制率分别为88.8%、66.3%、82.9%。三突变体（TaΔTri4和TaS4-9）的几丁质酶活性在96h分别为11.90和11.61 nmol/min/mg干重，约为对照4.65的2.5倍。在番茄防御基因表达方面，Ta37处理并感染B. cinerea时（condition 4），PR1b1、PR-P2、PIN1、PINII、TomLoxA分别上调11.519、31.029、22.112、10.268、12.224倍
- 而TaΔTri4处理下相应倍数仅为0.300、4.792、2.345、0.635、5.127，其中PINII被下调。此外，tri4沉默株中tri4表达比为0.015，tri5在TaΔTri4和TaS4-9中表达比分别为0.191和0.180。
研究结论
Trichothecenes（尤其是harzianum A）在T. arundinaceum的生物防治活性中发挥重要作用，参与抑制病原真菌生长并敏化番茄植株，使其防御基因在病原菌侵染时更快更强地表达；植物和病原菌也能调控tri基因的表达，形成三方互作网络。