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Cloning and Analysis of Two avrBs 3 /pthA Family Genes from JXOV Strain

JXOV菌株2个avrBs 3/pthA家族基因克隆分析


本研究克隆了水稻白叶枯病病原(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)菌株JXOV的2个avrBs 3/pthA家族成员基因,分别命名为jva 1 jva 2 。通过氨基酸序列分析和系统发育分析、原核表达载体构建及在水稻品种叶片接种试验,探讨其基因功能和毒性。结果表明,Jva1 和Jva2 的氨基酸序列具有AvrBs 3/pthA家族成员典型序列模式特征;BL21(DE3)原核表达的Jva1 和Jva2 蛋白在SDS-PAGE胶上呈现出推测的100KD单体蛋白大小,没有出现不依赖于植物蛋白的AvrBs 3 类似的二聚体化;jva 1 jva 2 没有增强PXO99A在携带不同抗性基因的15个水稻品种上的毒性。jva 1 jva 2 的基因功能有待于进一步研究。本研究结果为诠释水稻白叶枯病原的致病机理及相关基因家族成员的功能分化提供了重要参考。


全 文 :  核 农 学 报  2014,28(12):2167 ~ 2174
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2014⁃05⁃04  接受日期:2014⁃09⁃17
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(LY12C14003)
作者简介:夏更寿,男,副教授,主要从事应用生物技术及植物抗性生理研究。 E⁃mail:lsxyxgs@ 163. com
通讯作者:张燕,女,讲师,主要从事分子植物病理学及抗逆性研究。 E⁃mail: zhangyan22130@ hotmail. com
文章编号:1000⁃8551(2014)12⁃2167⁃08
JXOV菌株 2 个 avrBs3 / pthA家族基因克隆分析
夏更寿  张  燕
(丽水学院 生态学院,浙江 丽水  323000)
摘  要:本研究克隆了水稻白叶枯病病原(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)菌株 JXOV的 2 个 avrBs3 /
pthA家族成员基因,分别命名为 jva1 和 jva2。 通过氨基酸序列分析和系统发育分析、原核表达载体构建
及在水稻品种叶片接种试验,探讨其基因功能和毒性。 结果表明,Jva1 和 Jva2 的氨基酸序列具有
AvrBs3 / pthA家族成员典型序列模式特征;BL21(DE3)原核表达的 Jva1 和 Jva2 蛋白在 SDS⁃PAGE 胶上
呈现出推测的 100KD单体蛋白大小,没有出现不依赖于植物蛋白的 AvrBs3 类似的二聚体化; jva1 和
jva2 没有增强 PXO99A在携带不同抗性基因的 15 个水稻品种上的毒性。 jva1 和 jva2 的基因功能有待于
进一步研究。 本研究结果为诠释水稻白叶枯病原的致病机理及相关基因家族成员的功能分化提供了重
要参考。
关键词:Xanthomonas oryzae pv. oryzae;avrBs3 / pthA;克隆;分析
DOI:10􀆰 11869 / j. issn. 100⁃8551􀆰 2014􀆰 12. 2167
    水稻(Oryza sativa)是世界性重要的粮食作物[1],
也是谷类生物学的模式植物[2 - 3]。 水稻白叶枯病
(Bacterial blight of rice)是水稻 3 大病害之一,其病原
物为水稻黄单胞菌 ( Xanthomonas oryzae pv. oryzae,
Xoo)。 Xoo有很多不同的小种,已经报导的 Xoo 小种
有 30 多个[4]。
与其它黄单胞属的细菌一样,水稻白叶枯病菌
Xoo含有致病性所必须的 Ш 型泌出系统(T3S),T3S
跨过细菌双层膜,很可能直接穿过植物细胞壁[5 - 6]。
细菌的效应分子蛋白通过 T3S 泌出并且进入植物细
胞[7],这些效应分子作用于不同的植物生理过程,抑
制植物防卫反应,调节植物转录过程,增强细菌毒
性[8 - 9]。 AvrBs3 / pthA是最大的 T3S 泌出的效应分子
家族, 在植物细胞内 以 类 植 物 基 因 转 录 因 子
(transcription activator⁃like effector, TALE)的方式起作
用[10 - 14]。
AvrBs3 / pthA 家族成员具有 5 个典型的结构特
征,存在于 3 个区域内。 首先,N端与 T3S泌出有关的
序列;其次,中间部分是负责与 DNA 特异性结合的区
域,含有随机重复单元,重复单元由 30 ~ 42 个氨基酸
残基组成,重复数在 1􀆰 5 ~ 33􀆰 5 之间[15]。 AvrBs3 中间
重复单元由 102 bp 编码的 34 个氨基酸残基组成,已
经克隆一些含有 34 个氨基酸残基重复单元的 AvrBs3
类似的成员,其重复数是 5􀆰 5 ~ 25􀆰 5 个[16 - 20]。 重复单
元的氨基酸序列高度保守,只有 12 和 13 位氨基酸残
基有变化,12 和 13 位氨基酸残基称为重复可变双残
基( repeat variable di⁃residue, RVD)。 RVD 的序列决
定了与重复单元相结合的 DNA序列特异性,即重复单
元中这些氨基酸残基对 RVD与靶标 DNA序列之间确
定了结合法则[21 - 22]。 最后,另外 3 个特征是 C端的亮
氨酸拉链( leucine zipper,LZ)结构、3 个核定位信号
(nuclear localization signal,NLS)和酸性转录激活区
(acidic transcriptional activation domain,AAD) [23 - 25]。
自 1983 年第 1 个 avrBs3 / pthA 家族成员基因
avrBs3 被克隆以来[26],多个 Xoo菌株的家族成员得到
克隆,如 avrXa7、avrXa10、avrXa5、aB3􀆰 5、aB3􀆰 6、aB4􀆰 3
和 aB4􀆰 5 ( PXO86 ) [27 - 28], pthXo1 ( PXO99A )、 pthXo2
(JXOIA)、 pthXo3 ( PXO61)、 pthXo1 - 2 及 pthXo2 - 2
( PXO71 )、 avrXa7 - 2 ( KXO85A ) [29], avrXa3
(JXOШ) [30]等。 尤其随着当今测序技术的飞速发展,
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以及全基因组序列的获得和分析,对该家族成员在不
同菌株中的组成及特征,了解的更多更全面。 然而,不
同的 Xoo菌株中该家族成员的组成、特征及功能存在
差异,因此,仍然有很多 Xoo 菌株的 avrBs3 / pthA 家族
成员序列组成及功能有待阐明。 本研究克隆了 Xoo日
本小种 JXOV 菌株中 2 个 avrBs3 / pthA 家族成员基因,
分别命名为 jva1 和 jva2 ( JXOV 菌株 avrBs3 / pthA 成
员),并测试了这 2 个基因在原核中表达及对 Xoo 菌
株致病性的影响。
1  材料与方法
1􀆰 1  细菌菌株、质粒和培养条件
本研究中使用的细菌菌株和质粒列在表 1 中。
E. coli 的培养基为 Luria broth (LB), 培养温度 37℃;
Xoo培养基为 Nutrient Broth, 培养温度 28℃。 培养基
中加入不同终浓度的抗生素分别为:氨苄青霉素
(Amp)100μg·mL - 1;利副平(Rif)50μg·mL - 1;卡那
霉素(Km)25 μg·mL - 1;壮观霉素(Sp)50μg·mL - 1。
表 1  本研究所用菌株、质粒
Table 1  Strains and plasmids used in this study
菌株 /质粒
Strains / Cosmid
相关的特性
Relevant characteristics
参考文献或来源
Reference or sources
Xanthomonas oryzae pv. oryzae
JXOV
PXO99A
Rifr,wild type Philippine race 6, Rifr, Spr, Kmr, Cmr 本实验室 This lab Hopkins et al. (1992) [27]
E. coli
DH5α
BL21
S17 - 1
F′recA,Φ80 d lacZ, ΔM15
DE3
294recA, chomosomally integrated,RP4 derivative, Tpr, Spr
Life Technologies
本实验室 This lab
Simon等[37]
Plasmids
pMD18⁃T
pMjva1
pMjva2
pET30a( + )
pEjva1
pEjva2
pUFR034
APR clonging vector
Plasmid pMD18⁃T containing 3009bp jva1 fragment
Plasmid pMD18⁃T containing 3111bp jva2 fragment
T7 promoter, lacI, Kmr, hsBLyS ?
Plasmid pET30a( + ) containing 3009bp jva1 fragment
Plasmid pET30a( + ) containing 3111bp jva2 fragment
IncW, Nmr, Kmr, Mob + , Mob(P) LacZα + ,cos Spr, Kmr
TaKaRa
本研究 This study
本研究 This study
本实验室 This lab
本研究 This study
本研究 This study
DeFeyter等[38]
pUjva1
pUjva2
Plasmid pUFR034 containing 3009bp jva1 fragment
plasmid pUFR034 containing 3111bp jva2 fragment
本研究 This study
本研究 This study
1􀆰 2  jva1 和 jva2 基因的克隆和测序
根据已知的 Xoo 菌株 PXO86 的 avrBs3 / pthA 家族
成员 avrXa10 的 DNA 序列,设计引物如下:上游引物
5′GGGGTACC(KpnI)ATGGATCCCATTCGTTC 3′;下游
引物 5′ GGAATTC ( EcoRI ) CGCCCCTCAGATCGTCC
3′。 以 Xoo菌株 JXOV基因组 DNA 为模板,PCR 扩增
得到产物, 命名为 jva1 和 jva2,经琼脂糖凝胶电泳检
测,割胶回收。 将 PCR 产物酶切纯化,连接到载体
pMD18⁃T,分别得到 pMjva1 和 pMjva2。 测序验证正确
后,应用 DNAStar进行核苷酸和氨基酸序列分析,并通
过 BLAST检索到 GenBank 中 avrBs3 其它基因成员的
氨基酸,利用 Clustal X进行排列比对,构建进化树。
1􀆰 3  原核表达载体的构建和诱导表达
将 jva1 和 jva2 连接到表达载体 pET30a( + ),得
到 pEjva1 和 pEjva1,转化感受态细胞 DH5α 转化到大
肠杆菌 BL21(DE3)中诱导表达。 挑取单菌落接种于
20mL液体 LB + Km25 中,37℃下振荡培养 12h左右作
为母液,再按照 1∶ 100 比例接种于相同液体培养基中,
继续 37℃下振荡培养至 OD600 = 0􀆰 5;加入 IPTG 至终
浓度为 1􀆰 0 mmol·L - 1, 28℃ 下振荡培养 3h;离心
(8 000r·min - 1,10min)收集菌体;加入适量去离子水
悬浮菌体,离心(8 000 r·min - 1,10min)收集菌体;加入
5mL TE悬浮菌体,并加入 50μL 10mM 的 PMSF;菌悬
液置冰中,超声波破碎菌体;离心(10 000 r·min - 1,
10min)收集上清。 粗提蛋白上清和 2 × SDS⁃PAGE 加
样缓冲液在 10% Tris -甘氨酸 SDS 聚丙烯酰胺凝胶
分离 胶 ( SDS⁃PAGE ) 上 电 泳 ( Bio⁃rad, powerpac
basic),检测目的蛋白表达情况。
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  12 期 JXOV菌株 2 个 avrBs3 / pthA家族基因克隆分析
1􀆰 4  PXO99A结合子的获得及剪叶接种试验
将基因 jva1 和 jva2 连接在 pUFR034 载体上,得到
pUjva1 和 pUjva2 载体,将其转化到宿主菌 S17 - 1,得
到 2 个结合子 S17⁃1 / pUjva1 和 S17⁃1 / pUjva2。 双亲交
配的方法得到结合子 PXO99A / pUjva1 和 PXO99A /
pUjva2。
将野生型 PXO99A和结合子 PXO99A / pUjva1 和
PXO99A / pUjva2 培养到浓度为 108 CFU·mL - 1, 剪叶
法将上述菌株分别接种到 15 个含不同抗性基因的成
株期水稻品种(表 2)叶片中。 15d 后测量病斑长度,
取 5 张叶片病斑平均值,试验重复 3 次[31]。
表 2  本研究使用的水稻
Table 2  Rice cultivars used in this study
水稻品种
Rice cultivars
携带抗性基因
Resistance genes
IRBB1 Xa1,Xa2
IRBB2 Xa2
IRBB3 Xa3
IRBB4 Xa4
IRBB5 xa5
IRBB7 Xa7
IRBB8 xa8
IRBB10 Xa10
IRBB13 xa13
IRBB21 Xa21
IR24 Xa16,Xa18
IR26 Xa4
BJ1 xa5,xa13
Asominori Xa17
Wase Aikoku3 Xa3
2  结果与分析
2􀆰 1  jva1 和 jva2 基因及推测的氨基酸序列
如图 1 所示,成功扩增得到了 2 个片段,分别命名
为 jva1 和 jva2。 jva1 全长 3 009bp,编码 1 002 个氨基
酸残基,而 jva2 基因全长 3 111bp,编码 1 036 个氨基
酸残基。 推测的 Jva1 和 Jva2 氨基酸序列,都具有
AvrBs3 / pthA家族成员的 5 个典型的结构特征,即 N
端与 T3S泌出有关的序列,中间 34 个氨基酸残基重复
单元序列,C端 LZ,NLS及 AAD序列(图 2)。
比较这 2 个基因的氨基酸序列,同源性高达
注: M,DNA marker; 1, PCR产物。
Note: M,DNA marker; 1, PCR product.
图 1  jva1 和 jva2 两个基因的 PCR产物电泳图
Fig. 1  Electrophoresis of two genes jva1
and jva2 PCR products
99􀆰 4% ,其差异体现在:(1) Jva1 中间区域含 12􀆰 5 个
34 个氨基酸残基的重复单元,而 Jva2 则含有 13􀆰 5 个,
比 Jva1 多 1 个重复单元,即在 Jva2 中,第 7 和第 8 位
34 个氨基酸残基的重复单元完全相同,这个相同的重
复单元位于 Jva1 的第 7 位(图 2);(2)jva2 在 C -端含
有 6 个与 jva1 不同的氨基酸残基,但都不包含在 LZ、
NLS和 AAD 特征序列中。 Jva1 和 Jva2 与其它 7 个
AvrBs3 成员的聚类分析显示,这两个基因与来自 JXO
Ⅲ的 AvrXa3 和来自 PXO86 的 Avrxa5 同源性高,与同
样来自 PXO86 的 AvrXa10 同源性次之(图 3)。
Jva1 第 6 个到第 12􀆰 5 个重复单元的 12、13 位氨
基酸含有一个 HD到 NG的 8 个重复序列的模式特征:
NI NN NI HG HG HD NG HD HG HD HD HD NG,与对
水稻起毒性作用的成员 PthXo1、PthXo2、 PthXo3 以及
AvrXa7 一致(图 4) [29]。
2􀆰 2  Jva1 和 Jva2 N 端可能涉及 T3S 泌出的结构特

Jva1 和 Jva2 N -端前 25 个氨基酸残基中丝氨酸
的含 量 为 8% 。 比 较 Jva1、 Jva2、 AvrBs1 ( YP _
361663􀆰 1 )、 AvrBs2 ( YP _ 361783􀆰 1 )、 AvrBs3
( P14727􀆰 2 )、 AvrBs4 ( CAA48680􀆰 1 ) 以 及 AvrBsT
(EGD08030􀆰 1) N -端氨基酸序列,Jva1 和 Jva2 同样
含有一个基本氨基酸包围的脯氨酸残基, 并且涉及这
一序列特征的 12 个氨基酸残基与 AvrBs3 和 AvrBs4
中的 12 个氨基酸残基序列完全一致(图 5) [32]。
2􀆰 3  Jva1 和 Jva2 原核蛋白表达载体构建
片段 Jva1 和 Jva2 连接到表达载体 pET30( a + )
(简称 pET30),得到 pEjva1 和 pEjva2,转入宿主菌
BL21(DE3), 培养并诱导表达。 提取转化子 BL21 /
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注:N端序列与 T3S泌出有关;中间 34 氨基酸重复单元与 DNA结合特异性有关;C端具有 LZ、NLS和 AAD序列特征。 jva1
    中第 7 个重复单元与 jva2 中第 7、第 8 个重复单元序列完全一致。
Note: N⁃terminus is relevant to T3S translocation. Central part of 34 amino acids repeats are responsible for DNA binding
specificity. C⁃terminus contains LZ, NLS and AAD sequences. The seventh repeat unit in jva1 shares total identity with the seventh
    and eighth repeat unit in jva2.
图 2  推测的 Jva1 和 Jva2 氨基酸序列具有的 AvrBs3 / pthA家族成员 5 个特征
Fig. 2  Five typical characteristics of AvrBs3 / pthA family members in deduced jva1 and jva2
注:图下刻度尺为同源序列等位氨基酸残基替换( × 100)。
Note: The dividing rule under the free indicates Amino Acid Substitntions in homologs( × 100) .
图 3  Jva1 和 Jva2 与其它 7 个 avrBs3 / pthA家族成员的进化树
Fig. 3  Phylogenetic tree of Jva1, Jva2 and other 7 members of AvrBs3 / pthA family
pET30、BL21 / pEjva1 以及 BL21 / pEjva2 总蛋白,SDS⁃
PAGE 胶显示, BL21 / pEjva1 和 BL21 / pEjva2 比
BL21 / pET30 明显多出 1 条比较粗的条带,位于
100KD略上方,并且 BL21 / pEjva2 中的条带比 BL21 /
pEjva1 中的条带稍大些(图 6)。
2􀆰 4  jva1 和 jva2 对 PXO99A菌株致病性影响
如图 7 所示,野生型 PXO99A及结合子 PXO99A /
pUjva1 和 PXO99A / pUjva2 3 个菌株接种后的 15 个不
同抗性基因的水稻品种分别表现出了不同水平的感染
或抗性,但这 3 个菌株对同一品种叶片的病斑长度没
有产生显著差异,表明这 15 个水稻品种携带的抗性基
因(表 2)均未与 jva1 和 jva2 产生对应互作的关系,此
外,jva1 与 jva2 也没有增加 PXO99A菌株致病性。
3  讨论
同源基因通常被分为直系同源基因(ortholog)、旁
系同源基因(paralog)以及异源同源基因。 进化树分
析进化关系(图 3)显示,同一个 Xoo 菌株中的 avrBs3 /
pthA家族成员起源于同一祖先,各自成为一个亚枝,互
为旁系同源基因关系,由近期基因复制形成( sprivate
communication)。 典型的 paralogs 之间的功能是相同
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  12 期 JXOV菌株 2 个 avrBs3 / pthA家族基因克隆分析
注:PthXo1⁃3 以及 AvrXa7 都是水稻毒性因子。 数字表示的是相对于第一个重复单元的位置。
Note: PthXo1⁃3 and AvrXa7 are virulence factors on rice. Numbers indicate the positions relative to the first repeat unit.
图 4  jva1 含有的中间重复单元第 12 和 13 位可变氨基酸残基组成 HD到 NG 8 个重复模式
Fig. 4  The eight repeat pattern HD to NG of twelfth and thirteenth variable di⁃residue in jva1 central part repeat units
注:比较分析 jva1、jva2 与 AvrBs1⁃4 以及 AvrBsT的 N -端序列,方框内强调的是保守的脯氨酸残基,脯氨酸残基两边
      推测的相同序列单独列出。 图中数字表示的是相对于整个蛋白第一个氨基酸残基的位置。
Note: The N⁃terminus amino acid sequences of jva1 and jva2 are compared with those of AvrBs1 - 4 and AvrBsT, and the
conserved proline is emphasized by pane. The presumed consensus sequence around the conserved proline is shown.
      Numbers indicate the positions relative to the first amino acid residue of the whole protein.
图 5  jva1 和 jva2 N -端保守基序分析
Fig. 5  Conserved sequence motif in the N⁃terminus of jva1 and jva2
或相似的,但有时是不同的,在缺乏原来的选择压力的
情况下,复制基因通过突变获得新的功能。 Yang
等[33]发现 Xoo的 avrBs3 / pthA家族成员 avrXa7 在培养
条件下突变失去依赖 Xa7 的无毒活性功能而保持毒
性功能。 本研究从小种 JXOV 中克隆到的 2 个
avrBs3 / pthA家族成员, jva1 与 jva2 其同源性高,重复
单元编码的 34 个氨基酸序列完全一致,但重复次数不
一样(图 2)。 可以肯定 jva1 和 jva2 其中之一是通过最
新的复制产生的,但目前无法确定哪个更为原始,有待
在其它小种中进行克隆进行进化分析,并研究重复单
元的数目对基因功能的影响。
Nino⁃liu等[4]在研究水稻白叶枯病菌 Xoo 和水稻
细条斑病菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xooc)
avrBs3 / pthA基因成员之间的进化关系时,以每个成员
的中间 102 bp 片段做进化树分析,发现 Xoo 和 Xooc
的成员成簇时存在交叉现象,由此推测这 2 个致病变
种的 avrBs3 / pthA 成员之间也是 paralog 的关系。 已有
研究表明,来自 Xooc的该家族的基因的功能不同于来
自 Xoo的该家族的基因的功能很不同。 迄今为止鲜有
在水稻上尚未克隆到和 Xooc 的 avrBs3 / pthA 家族基因
对应的抗病基因的报道。 然而,有研究表明 Xooc 的
avrBs3 / pthA成员 avrRxo1 能激发携带 Rxo1 抗性基因
的玉米的过敏反应,并且 Rxo1 基因能转入水稻抗
Xooc[34 - 35]。
avrBs3 基因表达产物已经被证明在植物细胞质内
二聚体化,通过真核生物的核运输机器,可能通过
importin α的介导运输到植物细胞核,并且 AvrBs3 -
avrBs3这种互作依赖于重复区域,不依赖植物蛋白[36]。
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核  农  学  报 28 卷
注:M,蛋白 marker;泳道 1, BL21 / pET30;
泳道 2, BL21 / pEjva2;泳道 3,BL21 / pEjva1。
Note: M,protein marker;Lane1,BL21 / pET30;
Lane 2, BL21 / pEjva2;Lane 3,BL21 / pEjva1.
图 6  BL21 / pET30、BL21 / pEjva1 以及 BL21 /
pEjva2 粗提总蛋白的 SDS⁃PAGE电泳
Fig. 6  SDS⁃PAGE electrophoresis of total
proteins from BL21 / pET30,BL21 / pEjva1
and BL21 / pEjva2
本研究在 BL21 原核中表达的 JXOV 菌株的 avrBs3 /
pthA 家族的 2 个基因,在 SDS⁃PAGE 胶上出现在
100KD稍上方,和推测的单体大小 100KD 左右相当。
依赖于 AvrBs3 / pthA中间重复区域而非植物蛋白的二
聚体化过程在原核细胞中没有发生的原因有待于进一
步的研究。
Note: 1,PXO99A; 2,PXO99A / pUjva1; 3, PXO99A / pUjva2; WA3, WaseAikokus3.
图 7  3 个菌株 PXO99A、PXO99A / pUjva1 及 PXO99A / pUjva2 接种 15 个水稻品种
Fig. 7  Inoculation of three strains PXO99A,PXO99A / pUjva1 and PXO99A / pUjva2 on 15 rice cultivars
本研究克隆的 JXOV 的 avrBs3 / pthA 成员 Jva1 的
中间重复区域含有 HD 到 NG 8 个重复序列的模式特
征,与水稻起毒性作用的其它成员一致(图 4),且 Jva1
中间区域 34 个氨基酸重复单元数是 12􀆰 5,远大于诱
导靶标基因表达要求的最小单元数 6􀆰 5[21],表明 Jva1
应该具有相似且更强的毒性作用[29]。 然而,接种携带
jva1 或 jva2 的 PXO99A菌株,都没有对水稻产生明显的
增强毒性功能,可能由于 PXO99A对供试水稻品种本
身是致病性比较强的菌株。 今后,将 jva1 和 jva2 导入
对供试水稻品种致病性比较弱的菌株中,进行研究和
观察,有助于进一步判断其基因功能和对水稻的毒性。
此外,接种试验也未发现供试水稻携带的抗性基因与
jva1 或 jva2 存在对抗作用,但目前尚不能不排除水稻
中存在其它与之对抗的抗性基因。
在 Xoo 与水稻互作长期进化过程中,无论是 Xoo
致病效应分子还是水稻抗性基因都发生着序列和功能
的变化,AvrBs3 / pthA 家族作为黄单胞属最大的 T3S
泌出蛋白,对 Xoo菌株致病性起关键性的作用。 因此,
研究 AvrBs3 / pthA家族成员,了解这些成员的序列、进
化关系以及结构特征,并探索其蛋白表达、作用机制,
对进一步理解 Xoo致病机理,从而指导水稻生产具有
重要的意义。 通过新的分子技术(modular cloning or
golden gate cloning)可以组装出含有不同 34 个氨基酸
中间重复单元组成的 avrBs3 / pthA 基因[39 - 40],通过这
种技术可以进一步对本研究中尚未明确的基因功能和
毒性作用进行深入的研究。
4  结论
本研究克隆了 2 个新的 avrBs3 / pthA 家族基因,提
供了明确清晰的该家族成员基因进化的例子,探索了
这 2 个基因对 Xoo 在水稻上致病性的影响,促进对
Xoo致病机理的研究,为进一步指导生产实践中水稻
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  12 期 JXOV菌株 2 个 avrBs3 / pthA家族基因克隆分析
白叶枯病的防治做准备。
参考文献:
[ 1 ]  Bennetzen J L,Ma J. The genetic colinearity of rice and other cereals
on the basis of genomic sequence analysis [ J] . Current Opinion in
Plant Biology,2003, 6(2):128 - 133.
[ 2 ]   Ronald P,Leung H. The most precious things are not jade pearls and
pearls [J] . Science,2002,296(5565):58 - 59.
[ 3 ]   Shimamoto K,Kyozuka J. Rice as a model for comparative genomics
of plants [J] . Annual Review of Plant Biology,2002,53(1):399 -
419.
[ 4 ]   Niño⁃Liu D O,Ronald P C,Bogdanove A J. Xanthomonas oryzae
pathovars: model pathogens of a model crop [ J] . Molecular Plant
Pathology,2006,7(5):303 - 324.
[ 5 ]   B üttner D, Bonas U. Regulation and sectetion of Xanthomonas
virulence factors [ J] . FEMS Microbiology Reviews,2009,34 (2):
07 - 33.
[ 6 ]   Weber E, Ojanen⁃Reuhs T, Huguet E, Huguet E, Hause G,
Romantschuk M, Korhonen T K, Bonas U, Koebnik R. The type Ⅲ
- dependent Hrp pilus is required for productive interaction of
Xanthomonas campestris pv. vesicatoria with pepper host plants [J] .
Journal of Bacteriology,2005,187(7):2458 - 2468.
[ 7 ]   Büttner D,Bonas U. Port of entry: the type Ⅲ secretion translocon
[J] . Trends in Microbiology,2002,10(4):186 - 192.
[ 8 ]   Boch J. Plant pathogenic bacteria: Genomics and molecular biology
[M]. Norfolk,UK: Caister Academic Press,2009: 241 - 171.
[ 9 ]   Hogenhout S A, Van derHoorn R A, Terauchi R, Kamoun S.
Emerging concepts in effector biology of plant⁃associated organisms
[J] . Molecular Plant⁃Microbe Interaction,2009,22(2):115 - 122.
[10]   Kay S,Bonas U. How Xanthomonas type Ⅲ effectors manipulate the
host plant [J] . Current Opinion in Microbiolgy,2009,12(1):37 -
43.
[11]   Schornack S,Meyer A,Römer P, Jordan T, Lahaye T. Gene⁃for⁃
gene⁃mediated recognition of nuclear⁃targeted AvrBs3 - like bacterial
effector proteins [ J] . Journal of Plant Physiology,2006,163 (3):
256 - 272.
[12]   White F F,Potnis N,Jones J B, Koebnik R. The type Ⅲ effectors of
Xanthomonas [J] . Molecular Plant Pathology,2009,10(6):749 -
766.
[13]   White F F,Yang B. Host and pathogen factors controlling the rice⁃
Xanthomonas oryzae interaction [ J] . Plant Physiology,2009,150
(4):1677 - 1686.
[14]   White F F, Yang B, Johnson L B. Prospects for understanding
avirulence gene function [ J] . Current Opinion in Plant Biology,
2000,3(4):291 - 298.
[15]   Boch J, Bonas U. Xanthomonas AvrBs3 family⁃Type III effectors:
discovery and function [ J] . Annual Review of Phytopathology,
2010,48(1):419 - 436.
[16]   Ballvora A,Pierre M,Van den Ackerveken G, Schornack S, Rossier
O, Ganal M, Lahaye T, Bonas U. Genetic mapping and functional
analysis of the tomato Bs4 locus, governing recongnition of the
Xanthomonas campestris pv. vesicatoria AvrBs4 protein [ J ] .
Molecular Plant⁃Microbe Interaction,2001,14(5):629 - 638.
[17]   Gu K Y,Yang B,Tian D S, Wu L F, Wang D J, Sreekala C, Yang
F, Chu Z Q, Wang G L, White F F, Yin Z C. R gene expression
induced by a type - Ш effector triggers disease resistance in rice
[J] . Nature,2005,435(7045):1122 - 1125.
[18]   Herbers K, Conrads⁃Strauch J, Bonas U. Race⁃specificity of plant
resistance to bacterial spot disease determined by repetitive motifs in
a bacterial avirulence protein [ J] . Nature,1992,35 (6):172 -
174.
[19]   Yang B, Zhu W, Johnson L B, White F F. The virulence factor
AvrXa7 of Xanthononas oryzae pv. oryzae is a type III secretion
pathway⁃dependent,nuclear⁃localized,double⁃stranded DNA binding
protein [J] . PNAS,2000,97(17):9807 - 9812.
[20]   Zhu W G,Yang B,Chittoor J M, Johnson L B, White F F. AvrXa10
contains an acidic transcriptional activation domain in the
functionally conserved C terminus [ J] . Molecular Plant⁃Microbe
Interaction,1998,11(8):824 - 832.
[21]   Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S,
Lahaye T, Nickstadt A, Bonas U. Breaking the code of DNA
binding specificity of TAL⁃ Type III effectors [ J] . Science,2009,
326(5959):1509 - 1512.
[22]   Moscou M J, Bogdanove A J. A simple cipher governs DNA
recognition by TAL effectors [J] . Science,326(5959),1501.
[23]   Yang Y,Gabriel D W. Xanthomonas avirulence / pathogenicity gene
family encodes functional plant nuclear targeting signals [ J ] .
Molecular Plant⁃Microbe Interaction,1995,8(4):627 - 631.
[24]   Gabriel D W. Plant microbe interactions [M]. Saint Paul Minnesot:
APS Press, 1999: 39 - 55.
[25]   Van den Ackerveken G, Marois E, Bonas U. Recognition of the
bacterial avirulence protein AvrBs3 occurs inside the host plant cell
[J] . Cell,1996, 87(7): 1307 - 1316.
[26]   Marco G M,Stall R E. Control of bacterial spot of pepper initiated by
strains of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria that differ in
sensitivity to copper [J] . Plant Disease,1983,67(7):779 - 781.
[27]   Hopkins C M, White F F, Choi S⁃H, Guo A, Jeach J E.
Identification of a family of avirulence genes from Xanthomonas
oryzae pv. oryzae[J] . Molecular Plant⁃Microbe Interaction, 1992, 5
(6):451 - 459.
[28]   Bai J,Choi S H,Ponciano G, Leung H, Leach J E. Xanthomonas
oryzae pv. oryzae avirulence genes contribute differently and
specifically to pathogen aggressiveness [J] . Molecular Plant⁃Microbe
Interaction,2000, 13(12):1322 - 1329.
[29]   Yang B,White F F. Diverse members of the AvrBsS / PthA family of
type III effectors are major virulence determinants in bacterial blight
disease of rice[ J] . Molecular Plant⁃Microbe Interaction,2004, 17
(11): 1192 - 1200.
[30]   李平,龙菊英,黄迎春,张燕,王金生. 从水稻白叶枯病菌分离的
avrBs3 家族新成员 avrXa3 是具双重功能的无毒基因[ J] . 自然
科学进展, 2004,14(7):767 - 772.
[31]   方中达. 植病研究方法[M]. 北京: 中国农业出版社,1996􀆰 385
- 386
[32]   Escolar L,Van den Ackerveken G,Pieplow S, Rossier O, Bonas U.
3712
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2014,28(12):2167 ~ 2174
Type III secretion and in planta recognition of the Xanthomonas
avirulence proteins AvrBs1 and AvrBsT [ J ] . Molecular Plant
Pathology,2001, 2(5): 287 - 296.
[33]   Yang B, Sugio A, White F F. Avoidance of host recognition by
alterations in the repetitive and C⁃terminal regions of AvrXa7, a type
III effector of Xanthomonas oryzae pv. oryzae [ J] . Molecular Plant
Pathology,2005, 18(2): 142 - 149.
[34]   Zhao B Y,Ardales E Y,Raymundo A, Bai J F, Trick H N, Leach J
E, Hulbert S H. The avrRxo1 gene from the rice pathogen
Xanthomonas oryzae pv. oryzicola confers a nonhost defense reaction
on maize with resistance gene Rxo1 [ J] . Molecular Plant⁃Microbe
Interaction,2004,17(7): 771 - 779.
[35]   Zhao B Y,Lin X H,Poland J, Trick H, Leach J E, Hulbert S. A
maize resistance gene functions against bacterial streak disease in
rice [J] . PNAS,2005,102(43):15383 - 15388.
[36]   Gürlebeck D, Szurek B, Bonas U. Dimerization of the bacterial
effector protein AvrBs3 in the plant cell cytoplasm prior to nuclear
import [J] . The Plant Journal,2005,42(2): 175 - 187.
[37]   Simon R, Priefer U, Pühler A. A broad host range mobilization
system for in vivo genetic engineering: transposon mutagenesis in
gram negative bacteria[J] . Bio / Technology,1983,1(9): 784 -
791.
[38]   DeFeyter R, Kado C I, Gabriel D W. Small, stable shuttle vectors
for use in Xanthomonas [J] . Gene, 1990, 88(1): 65 - 72.
[39]   Morbitzer R, Elsaesser J, Hausner J, Lahaye T. Assembly of custom
TALE⁃type DNA binding domains by modular cloning [J] . Nucleic
Acids Research,2011,39(13):5790 - 5799.
[40]   Weber E, Gruetzner R, Werner S, Engler C, Marillonnet S.
Assembly of designer TAL effectors by golden gate cloning [ J] .
PLoS ONE,2011,6(5): e19722
Cloning and Analysis of Two avrBs3 / pthA Family Genes from
JXOV Strain
XIA Geng⁃shou  ZHANG Yan
(College of Ecology, Lishui University, Lishui, Zhejiang  323000)
Abstract:Two members of avrBs3 / pthA family were cloned from Xanthomonas oryzae pv. oryzae(Xoo)race JXOV strain,
and named as jva1 and jva2, respectively. We conducted the amino acid sequence analyses and phylogenetic analyses
and constructed the prokaryotic expression vectors to investigate the gene function and toxicity of jva1 and jva2. The
results showed that the deduced amino acid sequences of Jva1 and Jva2 shared typical characteristics with other gene
members of AvrBs3 / pthA family. The molecular mass of proteins jva1 and jva2 from BL21(DE3) is about 100 KD on
SDS⁃PAGE which is similar to presumed monomer protein. Dimerization of jva1 or jva2 did not occur in prokaryotic cell
BL21, although the dimerization of AvrBs3 was independent of plant proteins; Neither jva1 nor jva2 enhanced the
PXO99Astrain virulence on fifteen rice cultivars holding different resistance genes, The gene functions of jva1 and jva2
need further investigation. These results provided important basis for understanding mechanism of pathogenicity of Xoo
on rice and gene functionary diversity of members of related gene family.
Key words:Xanthomonas oryzae pv. oryzae;avrBs3 / pthA;Cloning;Analysis
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