Kugelsporen-Weißpilz-Insektizid- und Stressresistenz-bezogene BbSEC22-Genfunktionsanalyse

Die funktionelle Analyse des BbSEC22-Gens in Bezug auf die Insektizid- und Stressresistenzaktivitäten des entomopathogenen Pilzes Beauveria bassiana.

Lösliche N-Ethylmaleimid-sensitiver Faktor-assoziierter Proteine (SNAREs) sind Kernkomponenten, die die Zellmembranfusion und den intrazellulären Vesikeltransport in eukaryotischen Zellen vermitteln. Sie spielen eine wichtige Rolle bei Wachstum, Entwicklung und Pathogenese von filamentösen Pilzpathogenen. Allerdings ist wenig über den Beitrag von SNAREs zum physiologischen und biologischen Bekämpfungspotenzial von Insektenpilzpathogenen bekannt. Insektenpilzpathogene wie Beauveria spp. und Metarhizium spp. wurden erfolgreich als biologische Bekämpfungsmittel gegen Pflanzenfresser und blutsaugende Schädlinge eingesetzt. Beauveria bassiana ist ein klassischer Insektenpathogenpilz, der erfolgreich als Insektizid entwickelt wurde. Allerdings ist ihre Abtötungsgeschwindigkeit langsam und ihre Toleranz gegenüber ungünstigen Umweltfaktoren gering, was ihre Anwendung und kommerzielle Entwicklung einschränkt. Da SNAREs in Pilzen hoch konserviert und vielseitig sind, ist es notwendig, den Beitrag von SNAREs zum physiologischen und biologischen Bekämpfungspotenzial von Insektenpilzpathogenen zu klären. Forscher haben durch die Analyse von Genomdaten die SNARE-Superfamiliengene im gesamten Genom von Beauveria bassiana identifiziert und ihre Funktion durch die Konstruktion von Knockout- und Komplementärmutanten weiter charakterisiert.

Basierend auf der Vergleichsgenomanalyse wurden 22 mögliche SNARE-kodierende Gene im gesamten Genom des Pilzes Beauveria bassiana identifiziert und aufgrund konservierter Merkmale der kodierten Proteine in 4 Gruppen eingeteilt (Qa- 7, Qb- 4, Qc- 6, R-SNAREs 5). Die Strukturvorhersage zeigt, dass BbSEC22 eine konservierte SNARE-Domäne und eine transmembrane Basismetabolismus am C-Terminus enthält. Die konservierten Aminosäurereste der SNARE-Domäne sind R, was darauf hinweist, dass BbSEC22 zur R-SNARE-Superfamilie gehört. Das R-SNARE-kodierende Gen BbSEC22 wurde weiterhin durch Genverlustmutationen und Komplementierung charakterisiert. Unter Kulturbedingungen bei 25°C veränderte sich die Zellmorphologie signifikant nach dem Verlust von BbSEC22. Im Vergleich zu den Wildtyp-Stämmen und den ΔBbSEC22-Komplementierungsstämmen war die Koloniegröße des ΔBbSEC22-Mutantenstamms kleiner, die Hyphenränder dünner und das Erscheinungsbild lockerer. Nach 8 Tagen Wachstum auf Platten war die Koloniegröße des ΔBbSEC22 um 28,5% kleiner als die des Kontrollstamms (~7,0 cm2), und das Trockengewicht der Hyphen des ΔBbSEC22-Mutantenstamms war um 15,3% signifikant reduziert. Während der Inkubation gab es signifikante Unterschiede in der Sporenproduktion, die aus Kolonien gemessen wurde, zwischen dem ΔBbSEC22-Mutantenstamm und dem Kontrollstamm. Sowohl die Wildtyp- als auch die Komplementierungsstämme begannen am 3. Tag zu sporen und produzierten am 8. Tag deutlich mehr Sporen als der Mutantenstamm. Die endgültige Sporenproduktion des ΔBbSEC22-Mutantenstamms war um 43,1% gegenüber dem Kontrollstamm stark reduziert. Darüber hinaus zeigte der ΔBbSEC22-Mutantenstamm eine deutliche Verzögerung bei der Sporenkeimung. Diese Studie ergab, dass der Verlust von BbSEC22 zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der Stressresistenz der Hyphen führt, die Empfindlichkeit der Kolonien ohne BbSEC22 gegenüber zwei Fungiziden signifikant verringert ist und die relative Wachstumshemmungsraten der ΔBbSEC22-Kolonien, die in Medien mit 1 µg mL−1 Carbendazim und 0,1 mg mL−1 Chlorothalonil wuchsen, um 19,1% bzw. 9,8% erhöht sind. Die Untersuchung der Auswirkungen hoher Temperaturen auf die Keimung und die Überlebensrate der Sporen von Mutanten und Kontrollstämmen nach 24 Stunden ergab, dass die Sporen des ΔBbSEC22-Stamms eine um 18,7% niedrigere Toleranz gegenüber Hitzestress bei 45°C aufwiesen als die des Kontrollstamms. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Zerstörung von BbSEC22 die Sporen-Toxizität gegenüber Larven des Baumwollkapselwurms signifikant verringert.

Insgesamt wurde gezeigt, dass das R-SNARE-Protein BbSEC22 des Pilzes Beauveria bassiana eine wichtige Rolle bei der Regulation des Nährstoffwachstums, der asexuellen Sporenformation, der Keimung der Konidien, der Toleranz gegenüber verschiedenen Stressbedingungen und der Insektizidaktivität spielt. Zukünftige Arbeiten sollten sich darauf konzentrieren, andere SNAREs und die Zielproteine, die von diesen SNARE-Komplexen übertragen werden, zu charakterisieren, was möglicherweise dazu beiträgt, die Beziehung zwischen SNAREs-vermittelter Pilzentwicklung und Vesikeltransport zu klären und neue Wege für die Entwicklung neuer Stämme von Beauveria bassiana zu finden, die ein großes Potenzial zur biologischen Schädlingsbekämpfung haben.

Die Auswirkungen des Fehlens von BbSEC22 auf das Hyphenwachstum, die Sporenproduktionsfähigkeit und die Keimung von Konidien.

Der Einfluss des Fehlens des BbSEC22-Gens auf die Toleranz und Insektizid-Toxizität von Beauveria bassiana auf Deutsch.