香蕉枯萎病菌内源报告基因细胞周期蛋白C1基因FocFCC1的鉴定及分析

本研究克隆鉴定了香蕉枯萎病菌4号生理小种（Foc4）的细胞周期蛋白C1（Fusarium Cyclin C1,FCC1）基因FocFCC1,采用Split-marker同源重组技术获得基因敲除突变体ΔFocFCC1,通过比较突变体和野生菌株在生长速度、产孢量和致病力等方面的差异,探索了FocFCC1基因缺失对香蕉枯萎病菌生物学功能的影响,并评估了FocFCC1作为枯萎菌内源报告基因的可行性。结果表明：与Foc4野生型菌株相比,ΔFocFCC1菌丝生长缓慢、菌丝畸形及产孢量减少,对巴西蕉苗的致病力明显减弱,推测FocFCC1基因在Foc4的生长发育、产孢及致病力等方面具有重要作用。以FocFCC1为靶标基因,评估了两种基因敲除重组方法介导的基因敲除效率,利用红色表型作为判断依据,挑取再生板上有红色表型的转化子进行PCR检测,Split-marker重组方法获得阳性转化子比例为91.7%,而多片段装配融合方法获得阳性转化子的比例为64%。ΔFocFCC1出现典型红色菌落,红色表型与PCR检测的FocFCC1阳性敲除转化子一一对应,FocFCC1基因敲除后红色表型肉眼容易分辨,可作为香蕉枯萎病菌内源报告基因探索新的遗传操作技术在该菌上应用的可行性。     

香蕉枯萎病菌4号生理小种β1-微管蛋白基因的功能分析

本研究克隆并鉴定香蕉枯萎病菌4号生理小种(Foc4)β1-微管蛋白(β1-tub)基因,采用Split-marker同源重组技术获得Foc4的β1-tub基因敲除突变体,通过测定突变体菌株的生长速度、产孢量、致病力及对多菌灵敏感性,研究β1-tub基因在香蕉枯萎病菌的生长发育及对多菌灵抗药性中的作用。结果表明：与Foc4野生型菌株相比,敲除突变体生长缓慢、菌丝畸形及产孢量增加,对巴西蕉苗的致病力明显减弱,但对多菌灵的抗性水平无明显变化。由此推测β1-tub基因可能在Foc4的生长发育、产孢及致病力等方面具有重要的作用。     

尖孢镰刀菌古巴专化型中SIX2和SIX6基因敲除突变体的生物学特性

尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f. sp. cubense,Foc)依据对寄主易感性分为4个不同的生理小种,其中4号生理小种(Foc4)几乎能危害目前所有栽培品种。为研究其SIX(secreted in xylem)蛋白编码基因SIX2和SIX6在Foc4对寄主差异性选择中的作用,利用PEG介导的原生质体转化法将基于pCT74质粒框架构建的SIX2、SIX6基因敲除质粒分别转入Foc4 B2菌株,分别得到了SIX2和SIX6基因敲除突变体,然后分析敲除突变体与野生型的生物学特性差异。生物学研究结果表明:SIX2、SIX6基因的缺失突变体均呈现菌丝稀疏、生长速率减慢、产孢率降低、菌丝异核率增加,对渗透压、外源氧等外源胁迫更为敏感等特征。致病力分析实验发现ΔFoSIX2和ΔFoSIX6突变体的孢子在香蕉苗的幼嫩根部附着量减少,孢子根部定殖能力降低;ΔFoSIX2菌株基本上丧失了对巴西蕉的致病力,而对粉蕉仍有较强的致病能力;ΔFoSIX6菌株则对粉蕉苗、巴西香蕉苗盆栽致病力均呈极显著下降。依据生物学与致病力测定结果,推测Foc4中SIX6基因决定Foc4对寄主的致病力,而SIX2基因则决定Foc4对寄主的差异性选择能力。     

香蕉枯萎病菌4号生理小种cat1基因敲除与表型分析

前期蛋白质组学研究发现尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种(Foc4)中的过氧化氢酶1(cat1)基因受到巴西蕉诱导上调表达,为研究cat1基因在Foc4侵染香蕉过程中的作用,利用同源重组方法敲除Foc4的cat1基因,并对获得的敲除突变体开展表型分析和致病性测定。结果表明:cat1基因缺失对Foc4的菌丝、孢子形态、菌落生长、抗渗透压胁迫和细胞壁选择性压力等没有影响;但引起菌株抵抗外源氧胁迫、细胞壁穿透能力、纤维素利用能力减弱和对巴西蕉的致病性减弱。显示cat1基因的产物通过清除香蕉分泌的活性氧在Foc4对香蕉的致病过程中起作用,并参与病原菌对寄主纤维素成分的代谢。此结果为进一步深入研究香蕉枯萎病菌的致病机理奠定基础。     

尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种fpd1基因敲除与表型分析

为了研究尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种fpd1基因的功能,构建了该基因敲除突变体并对其表型特征进行了分析。结果表明,与野生型菌株相比,fpd1基因敲除突变体生长减慢,产孢量显著降低,对巴西蕉的致病性明显减弱;fpd1基因可能在尖孢镰刀菌古巴专化型的产孢、生长发育和致病性等方面具有重要作用。本研究结果为进一步研究fpd1基因的功能和尖孢镰刀菌的致病机理奠定了基础。     

杧果炭疽病菌漆酶基因Cglac3序列特征及其在两个侵染相关基因突变体中的表达分析

本研究运用同源克隆技术克隆了杧果炭疽病菌（Colletotrichum gloeosporioides）的Cglac3漆酶基因,并采用实时荧光定量PCR分析了该基因在侵染过程、漆酶基因LAC1突变体、外切葡聚糖酶基因CgCBH1突变体中的差异表达情况。结果表明,杧果炭疽病菌漆酶Cglac3基因大小为1842 bp,含3个内含子,大小分别为56、51、58 bp。Cglac3开放读码框编码558个氨基酸,蛋白分子量为61.38 kDa,等电点（PI）为4.50。与未侵染对照0 h的表达量相比,Cglac3在6 h孢子萌发形成附着胞时表达量迅速升高,在12 h侵入寄主后达到最高,之后在菌丝扩展、叶片显症过程中出现波动,但均远高于0 h的表达量,显示Cglac3在侵染的不同阶段均发挥着重要的作用,可能是胶孢炭疽菌的重要致病因子之一。与野生型相比,Cglac3表达量在杧果炭疽病菌漆酶基因LAC1敲除突变体中下降了74%,在外切葡聚糖酶基因CgCBH1敲除突变体中下降了56%;在CgCBH1缺失敲除突变体中,LAC1的表达下降了68%,与Cglac3的表现趋势一致,说明Cglac3的表达受LAC1调控,外切葡聚糖酶基因CgCBH1也会影响Cglac3和LAC1的表达。     

巴西蕉诱导的香蕉枯萎病菌1号和4号小种致病相关基因表达分析

目前对于香蕉枯萎病菌的致病分子机制尚不十分清楚。为了阐明枯萎病菌的致病分子机制,从香蕉枯萎病菌1号(Foc1)和4号小种(Foc4)的比较蛋白质组学分析发现的表达量差异较大的蛋白中,选取了9个致病相关蛋白或潜在的致病基因,利用荧光定量PCR方法进行基因表达谱分析。结果显示：与对照相比,巴西蕉处理的Foc4中,上调表达的基因有：酰胺转移酶基因（amidotransferase）、线粒体过氧化物还原酶基因（mitochondrial peroxiredoxin）、几丁质酶基因（chitinnase 1）、羧肽酶基因（carboxypeptidase cpds）,差异表达不明显的有腺苷激酶基因（adenosine kinase）、NADP-依赖型甘油脱氢酶基因（NADP-dependent glycerol dehydrogenase）、磷酸甘油酸激酶基因（phosphoglycerate kinase）、谷胱甘肽还原酶基因（glutathione reductase）、酰胺酶基因（amidase family protein）。Foc1中,与对照相比,上调表达的基因有：腺苷激酶基因、NADP-依赖型甘油脱氢酶基因,下调表达的基因有：酰胺转移酶基因、羧肽酶基因。综合分析显示,酰胺转移酶、过氧化物酶、几丁质酶、羧肽酶基因可能在Foc4的致病作用中起作用。     

橡胶树胶孢炭疽菌组蛋白乙酰转移酶CgGCN5调控致病力功能研究

胶孢炭疽菌引起的炭疽病害是造成海南省橡胶减产的主要原因之一。研究该病原菌致病力的分子机制能够为新型防控策略的研发提供理论依据。在橡胶树胶孢炭疽菌中,存在1个编码组蛋白乙酰转移酶的基因CgGCN5。在本研究中,通过同源重组原理及原生质体转化法构建了橡胶树胶孢炭疽菌CgGCN5的敲除突变株和互补菌株,并对其生长、产孢及致病力等表型进行了初步分析。结果表明,与野生型菌株相比,CgGCN5敲除突变株的生长速率、产孢能力均显著下降;并且突变株对橡胶树叶片的致病力也显著下降;进一步分析表明,突变株丧失了对玻璃纸的穿透力。与此同时,互补菌株能够恢复突变株的相应表型。以上结果表明,CgGCN5在调控胶孢炭疽菌的生长及致病力中起重要作用。     

香蕉枯萎病菌4号生理小种致病性突变体△Focr4-1422生物学特性研究

为研究香蕉枯萎病菌4号生理小种致病性突变体相关致病基因的功能,研究了基因敲除子△Focr4-1422与野生型菌株193之间部分致病性相关的表型差异。结果表明,基因敲除子对巴西蕉的致病性减弱,荧光检测显示菌丝能够从根部扩散到根茎交界处的茎部。△Focr4-1422对细胞壁降解酶的抗性大大增强。基因敲除子△Focr4-1422和野生型193在相同的温度、pH值、光照条件和碳氮源培养基下的生长速率均没有达到极显著差异,两者的菌丝和孢子的致死温度也一致。     

玉蜀黍尾孢菌CzVelB基因功能分析

以获得的野生型和CzVelB敲除突变体菌株为供试菌株,分别对其进行生物学及致病力测定,在此基础上分析毒素和细胞壁降解酶的活性。结果表明,与野生型相比,敲除CzVelB后菌丝生长速率及颜色无明显差异,但产孢量下降56.6%,且孢子萌发率下降,萌发过程滞后1 h。致病性分析发现,敲除CzVelB后菌株致病性明显下降,病情指数、病斑大小,突变体均低于野生型。分析毒素对叶片的致病性发现,突变体所产生的毒素低于野生型产生的毒素。敲除突变体菌株ΔCzVelB及野生型菌株在活体内外均能产生5种细胞壁降解酶,其中敲除CzVelB后,5种离体病原菌细胞壁降解酶活性明显下降。分析侵染过程中5种细胞壁降解酶发现,CzVelB主要通过影响CX和PMG在接种前期12 h内起重要作用;在接种后期(72～96 h),CzVelB主要通过影响PGTE的活性调控玉蜀黍尾孢菌致病力。     

香蕉枯萎病菌内源报告基因比卡菌素聚酮合酶编码基因Bik1的鉴定及应用

香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)引起的香蕉毁灭性土传病害,其中4号生理小种(Foc4)能感染几乎所有的香蕉品系,危害最严重.本研究克隆鉴定Foc4比卡菌素聚酮合酶编码基因(bikaverin PKS-encoding gene,Bik1)Foc...     

香蕉TGA转录因子家族的鉴定及枯萎病菌胁迫下的表达分析

尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f. sp. Cubense, Foc）引起的香蕉枯萎病是我国香蕉的主要病害之一,严重影响香蕉的产量和品质。TGA防御反应基因在香蕉应对尖孢镰刀菌胁迫的应答转录调控过程中至关重要。本研究以拟南芥TGA转录因子家族成员蛋白为查询序列,在香蕉基因组数据库中Blast筛选出TGA转录因子家族成员,并对该家族成员进行生物信息学分析。共鉴定得到9个香蕉TGA家族成员,分别命名为MaTGA1~MaTGA9;香蕉TGA家族蛋白富含酸性氨基酸,大部分蛋白以α螺旋为主;亚细胞定位主要在细胞核内。进化树分析表明,香蕉MaTGA转录因子家族的9个成员可分为Class Ⅰ和Class Ⅱ两类,基因结构及功能结构域的分布情况也呈现出高度一致。进一步通过RT-qPCR分析发现,MaTGA2、MaTGA3和MaTGA8在香蕉枯萎病菌侵染后的‘威廉斯’（易感病）及‘南天黄’（抗病）中均显著下调表达,MaTGA1、MaTGA6、MaTGA7和MaTGA9均呈现先下降后上升的趋势;然而MaTGA4和MaTGA5仅在‘威廉斯’中上调表达,以上结果表明MaTGA2、MaTGA3和MaTGA8在香蕉抗枯萎病中发挥重要的生物学功能。本研究结果为香蕉TGA转录因子功能挖掘奠定理论基础。     

适宜与香蕉轮作防控枯萎病的蔬菜品种初步筛选

香蕉枯萎病发生普遍,危害巨大,选择合理的轮作作物对该病防控意义重大。本研究在25个蔬菜品种接种香蕉枯萎病菌4号生理小种（Fusarium oxysporum f. sp. cubense, Foc 4）后,调查Foc 4对不同种蔬菜的致病性,测定不同时期蔬菜根际土壤中香蕉枯萎病菌的数量;通过菌丝生长速率法和孢子萌发法,测定不同蔬菜根系的水浸提液对Foc 4菌丝生长和孢子萌发的抑制作用,筛选适合与香蕉轮作的蔬菜品种,探索轮作防病的机理。结果表明,所调查的25个蔬菜品种在接种Foc 4后根系发育正常,长势良好。除甘蓝和冬瓜外,其余23个蔬菜品种对Foc 4都没有富集作用。种植大多数蔬菜后,土壤中的尖孢镰孢菌（Fusarium oxysporum）数量呈不同程度的下降趋势,尤其是蒜、香葱、韭菜、香芹、芫茜的根际土壤带菌量大大低于对照土样的带菌量,其次是南瓜、苦瓜、茄子、辣椒、菜豆、萝卜等蔬菜。研究9种蔬菜根系水浸提液对Foc 4生长的影响表明：9种蔬菜根系水浸提液对Foc 4菌丝生长和孢子萌发有不同程度的抑制作用,但浸提液对病菌菌丝生长的抑制效果并不因处理时间的延长而增加。第6天测定时显示,不同蔬菜根系水浸提液对病原菌生长抑制的作用表现为：韭菜>香葱>香芹>大肉西蒜>芫茜>南瓜>朝天椒>苦瓜;当测定时间为16 h时,蔬菜根系水浸提液对孢子萌发的抑制效果表现为：韭菜>香葱>香芹>芫茜>朝天椒>南瓜>苦瓜>大肉西蒜>紫长茄。9种蔬菜中,韭菜根系水浸提液对病菌的抑制效果最好,其抑制率、敏感度都明显优于其他蔬菜;香葱根系分泌物表现出良好的抑菌作用,仅次于韭菜;香芹及芫茜也具有一定的抑菌效果。本试验为筛选适合与香蕉轮作的蔬菜品种提供了依据。     

3种碳源条件下香蕉枯萎病菌次生代谢物合成基因的表达谱分析

在前期获得的香蕉枯萎病菌（Fusarium oxysporum f. sp. cubense, Foc）转录组数据基础上,本研究利用antiSMASH、PHI-base数据库对3种碳源条件下香蕉枯萎病1号小种（Foc 1）和4号小种（Foc 4）表达的次生代谢物合成基因进行了预测和表达谱分析。结果表明：3种碳源条件下,Foc共有486个候选的次生代谢物合成基因表达,并分类到32个次生代谢产物合成基因簇,其中13个基因可能与Foc的致病性相关。此外,Foc在3种碳源条件下次生代谢物合成基因的表达模式存在明显差异,特别是在寄主细胞壁条件下Foc差异表达的次生代谢物合成基因最多;而且Foc 4相较于Foc 1在侵染寄主细胞壁时有更多的次生代谢物合成基因特异表达或高表达。以上研究结果将为进一步明确次生代谢产物在Foc致病过程中的作用机理提供理论依据。     

香蕉苯丙氨酸解氨酶基因家族的全基因组鉴定及表达分析

苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonia-lyase, PAL）是催化苯丙烷代谢途径第1步反应的限速酶,广泛地参与植物生长发育过程中的各种生理活动。本研究通过生物信息学分析,从香蕉A基因组数据库中利用BLASTp筛选出53个可能的MaPAL编码蛋白序列。在NCBI分析蛋白保守结构域,发现仅有8个基因具有典型的PAL家族基因的特性。聚类分析结果表明香蕉MaPAL家族的8个基因可以分为Class I 和Class II两类。转录组数据表明,所有MaPAL基因在果实发育阶段高表达,MaPAL5参与果实采后成熟过程。在干旱、低温、盐处理的香蕉幼苗叶片中,MaPAL1、MaPAL2、MaPAL3、MaPAL4和MaPAL5成员均显著上调表达,MaPAL6号成员显著下调表达,这些成员参与香蕉响应上述非生物胁迫过程。8个MaPAL成员在枯萎病菌处理下均显著下调表达,表明在感病品种巴西蕉根系中,MaPAL基因的表达全部被Foc TR4抑制。本研究结果为分析MaPAL基因家族在香蕉果实品质形成和响应逆境中的作用提供了理论依据。     

8种香蕉种质对枯萎病的抗性比较与分析

采用室内接菌、病区种植的方法,研究8种香蕉种质对香蕉枯萎病4号生理小种 （Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 4, Foc 4）的抗性水平,评价其抗性级别。苗期抗性评价结果表明：GCTCV-119、GCTCV-217为高抗;桂蕉9号、GCTCV-218为抗;GCTCV-105、GCTCV-215为中抗;桂蕉1号为感;巴西蕉为高感。田间抗性评价结果为：GCTCV-119、GCTCV-217为高抗;GCTCV-215为抗;GCTCV-105、桂蕉9号、GCTCV-218为中抗;桂蕉1号、巴西蕉为高感。连续种植3年,桂蕉9号、GCTCV-218的发病率呈下降趋势,GCTCV-105发病率较稳定,发病率保持在9.7%~12.0%,所有抗病品种（系）宿根3年后,根据相对发病率评价均表现为抗;而感病品种桂蕉1号及巴西蕉发病率则逐年上升,宿根蕉发病率均在98.2%~100%。