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A single gene transfer of gibberellin biosynthesis gene cluster increases gibberellin production in a Fusarium fujikuroi strain with gibberellin low producibility
Plant Pathology ( IF 2.3 ) Pub Date : 2020-04-04 , DOI: 10.1111/ppa.13176 WanXue Bao 1 , Takuya Nagasaka 2 , Shin Inagaki 2 , Sho Tatebayashi 2 , Iori Imazaki 3 , Shin-ichi Fuji 4 , Takashi Tsuge 5 , Masafumi Shimizu 2 , Koji Kageyama 6 , Haruhisa Suga 7
Plant Pathology ( IF 2.3 ) Pub Date : 2020-04-04 , DOI: 10.1111/ppa.13176 WanXue Bao 1 , Takuya Nagasaka 2 , Shin Inagaki 2 , Sho Tatebayashi 2 , Iori Imazaki 3 , Shin-ichi Fuji 4 , Takashi Tsuge 5 , Masafumi Shimizu 2 , Koji Kageyama 6 , Haruhisa Suga 7
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Fusarium fujikuroi, the causative agent of bakanae disease in rice, produces many kinds of secondary metabolites. Recently, two phylogenetic subgroups (F and G groups) of Japanese F. fujikuroi have been identified and found to have differences in their gibberellin (GA) and fumonisin production. G‐group F. fujikuroi produces large amounts of GA, but is a fumonisin nonproducer. F‐group produces large amounts of fumonisin, but is a GA low or nonproducer. We investigated the cause of low GA production in the F‐group. Genetic mapping suggests that low GA production in the F‐group strain Gfc0825009 is due to a GA gene cluster for GA biosynthesis. Analysis of the nucleotide and amino acid sequences of the genes in the GA gene cluster showed >98.4% homology between the F‐group strain Gfc0825009 and the G‐group strain Gfc0801001. Following a 7‐day culture under low nitrogen conditions, we found that expression of P450‐1, P450‐4, and P450‐2 in the cluster increased in the G‐group strain and not in the F‐group strain. We hypothesized that complementation by GA genes in the G‐group strain would be required to increase GA production in the F‐group strain. However, we found that this occurred with a single gene complementation of DES, P450‐1, P450‐4, or P450‐2. Simultaneous increase in the expression of P450‐1, P450‐4, and P450‐2 were detected in the complementary transformants. Moreover, the same phenomenon was observed by reintegration of its own P450‐1. Our results suggest the presence of unknown regulatory mechanisms of the GA gene cluster in F. fujikuroi.
中文翻译：
赤霉素生物合成基因簇的单基因转移增加了赤霉素低产量的 Fusarium fujikuroi 菌株的赤霉素产量
Fusarium fujikuroi 是水稻恶苗病的病原体，它产生多种次生代谢产物。最近，已鉴定出日本藤黑镰刀菌的两个系统发育亚群（F 和 G 群），并发现它们的赤霉素 (GA) 和伏马菌素产量存在差异。G 组 F. fujikuroi 产生大量 GA，但不产生伏马菌素。F 组产生大量伏马菌素，但 GA 低或不产生。我们调查了 F 组中 GA 产量低的原因。遗传作图表明 F 组菌株 Gfc0825009 中的低 GA 产量是由于用于 GA 生物合成的 GA 基因簇。GA 基因簇中基因的核苷酸和氨基酸序列分析表明，F 组菌株 Gfc0825009 和 G 组菌株 Gfc0801001 之间的同源性 >98.4%。在低氮条件下培养 7 天后，我们发现簇中 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达在 G 组菌株中增加，而在 F 组菌株中没有增加。我们假设 G 组菌株中 GA 基因的互补将需要增加 F 组菌株中的 GA 产量。然而，我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。簇中的 P450-2 在 G 组菌株中增加，而在 F 组菌株中没有增加。我们假设 G 组菌株中 GA 基因的互补将需要增加 F 组菌株中的 GA 产量。然而，我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。簇中的 P450-2 在 G 组菌株中增加，而在 F 组菌株中没有增加。我们假设 G 组菌株中 GA 基因的互补将需要增加 F 组菌株中的 GA 产量。然而，我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。
更新日期：2020-04-04
中文翻译：
赤霉素生物合成基因簇的单基因转移增加了赤霉素低产量的 Fusarium fujikuroi 菌株的赤霉素产量
Fusarium fujikuroi 是水稻恶苗病的病原体，它产生多种次生代谢产物。最近，已鉴定出日本藤黑镰刀菌的两个系统发育亚群（F 和 G 群），并发现它们的赤霉素 (GA) 和伏马菌素产量存在差异。G 组 F. fujikuroi 产生大量 GA，但不产生伏马菌素。F 组产生大量伏马菌素，但 GA 低或不产生。我们调查了 F 组中 GA 产量低的原因。遗传作图表明 F 组菌株 Gfc0825009 中的低 GA 产量是由于用于 GA 生物合成的 GA 基因簇。GA 基因簇中基因的核苷酸和氨基酸序列分析表明，F 组菌株 Gfc0825009 和 G 组菌株 Gfc0801001 之间的同源性 >98.4%。在低氮条件下培养 7 天后，我们发现簇中 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达在 G 组菌株中增加，而在 F 组菌株中没有增加。我们假设 G 组菌株中 GA 基因的互补将需要增加 F 组菌株中的 GA 产量。然而，我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。簇中的 P450-2 在 G 组菌株中增加，而在 F 组菌株中没有增加。我们假设 G 组菌株中 GA 基因的互补将需要增加 F 组菌株中的 GA 产量。然而，我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。簇中的 P450-2 在 G 组菌株中增加，而在 F 组菌株中没有增加。我们假设 G 组菌株中 GA 基因的互补将需要增加 F 组菌株中的 GA 产量。然而，我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。我们发现这发生在 DES、P450-1、P450-4 或 P450-2 的单基因互补中。在互补转化体中检测到 P450-1、P450-4 和 P450-2 的表达同时增加。此外，通过重新整合其自身的 P450-1 观察到相同的现象。我们的结果表明在 F. fujikuroi 中存在未知的 GA 基因簇调控机制。
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