复合侵染甘蔗的病原病毒RT-PCR检测

根据甘蔗花叶病毒（sugarcane mosaic virus,SCMV）、高粱花叶病毒（sorghum mosaic virus,SrMV）和甘蔗黄叶病毒（sugarcane yellow leaf virus,SCYLV）外壳蛋白（CP）基因序列分别设计合成3对特异引物SCMV–F/R、SrMV-F/R和SCYLV-F/R,以表现花叶和黄叶复合症状的甘蔗叶片总RNA为模板,分别进行3种病毒单一RT-PCR检测,在SrMV和SCYLV特异引物RT-PCR反应体系中分别扩增到约850 bp和630 bp特异性片段。序列测定及同源性比对结果显示,850 bp片段测序所得序列与浙江象山、临平和余杭SrMV分离物（GenBank登录号分别为AJ310194、AJ310195和AJ310198）对应序列同源性95%,630 bp片段测序所得序列与广东、广西、福建SCYLV分离物（GenBank登录号分别为GU190165、GU190162、GU190159）对应序列同源性99%,表明该样品同时感染SrMV和SCYLV。在此基础上建立同时检测SrMV和SCYLV的一步双重RT-PCR体系,可检测10-6 g病叶组织中的病毒,田间样品检测效果良好。     

侵染甘蔗的高粱花叶病毒遗传多样性分析

为探明甘蔗花叶病的病原病毒之一高粱花叶病毒(sorghum mosaic virus, SrMV)在我国华南地区的发生情况,从广东省广州、翁源、博罗及广西南宁等地甘蔗产区采集表现花叶症状的甘蔗叶片样品,采用1对病毒CP基因引物(P1:5′-ACAGCAGAWGCAACRGCACAAGC-3′、P2:5′-CTCWCCGACATTCCCATCCAAGCC-3′,Y=C/T,W=T/A,K=G/T,R=A/G),进行一步法RT-PCR检测,结果表明48%的样品受到SrMV侵染。根据寄主类型和地理来源,选取10份代表性样品,对经P1、P2扩增获得的病毒CP基因片段进行直接测序,所得序列经Blast比对确认均为SrMV CP序列。为揭示SrMV种内的遗传多样性,采用Clustal W方法对本文鉴定的10个SrMV分离物与GenBank中已报道的全部18个SrMV株系或分离物的CP基因序列进行多序列联配,并计算核苷酸同一性,结果显示各个SrMV分离物之间的CP基因核苷酸同一性为76%~100%。基于病毒CP基因核苷酸同一性的遗传多样性分析,SrMV种内分化成2个遗传变异类群,即杂种甘蔗组(HS group)和高贵甘蔗组(NS group),它们的分离物大多分别来自杂种甘蔗(hybrid sugarcane)寄主和高贵甘蔗(noble sugarcane)寄主。分离物之间的平均CP基因核苷酸同一性,在两组组内分别为87%和90%,两组间为80%。说明两组SrMV之间存在较大的遗传差异,寄主隔离是导致该病毒种内分化的主要因素。因此,在甘蔗花叶病的防治和抗病毒育种工作中,除需注意病原的种类和寄主类型外,还应充分考虑病原种内的遗传多样性。     

甘蔗NAD(P)H脱氢酶复合体O亚基基因克隆及其与甘蔗花叶病毒VPg互作

NAD(P)H脱氢酶(NDH)复合体介导循环电子传递,对于维持叶绿体高效的光合作用具有重要作用。甘蔗(Saccharum spp. hybrid)中NDH复合体应答及参与甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)的侵染尚未见报道。本研究克隆了甘蔗NDH复合体的O亚基,命名为ScNdhO,其开放读码框(open reading frame, ORF)长度为471 bp,编码长度为156 aa的蛋白。生物信息学分析表明,ScNdhO为稳定的亲水性蛋白,不存在信号肽,无跨膜结构域;蛋白二级结构元件多为无规则卷曲,具有典型的NDH复合体O亚基结构域;系统进化树分析表明,该蛋白属于NDH复合体O亚基蛋白家族。实时荧光定量PCR分析发现,ScNdhO基因的表达具有明显的组织特异性,在成熟甘蔗叶片中的表达量最高,在茎中的表达量最低,在根中几乎不表达;ScNdhO基因在SCMV侵染早期上调表达,后期下调表达。亚细胞定位分析表明, ScNdhO定位于叶绿体。酵母双杂交(yeast two hybrid, Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescencecomplementation,BiFC)实验表明,ScNdhO与SCMV-VPg互作。推测ScNdhO被SCMV选择性利用,可能参与SCMV基因组复制及花叶病症状的产生。     

甘蔗PsbR亚基应答SCMV侵染及其与SCMV-6K2的互作

光系统II (Photosystem II, PSII)的PsbR亚基对于放氧复合体(oxygen-evolving complex)的组装和稳定具有至关重要的作用。本课题组前期克隆了甘蔗(Saccharum spp. hybrid)的PsbR亚基编码基因,命名为ScPsbR,并利用酵母双杂交技术(yeast two hybrid, Y2H)验证了ScPsbR与甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)编码蛋白6K2的互作。本研究通过生物信息学分析表明,ScPsbR具有典型的PsbR亚基结构域,无信号肽,具有1个跨膜结构域,为稳定的疏水性蛋白。系统进化树分析表明,该蛋白在C3和C4植物中存在明显的分化。亚细胞定位试验表明, ScPsbR定位于叶绿体且与SCMV-6K2共定位。双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验进一步验证了ScPsbR与SCMV-6K2的互作。实时荧光定量PCR检测表明,ScPsbR基因表达具有显著的组织特异性,在根和茎中表达极少,未成熟叶片和初衰叶中次之,成熟叶片中相对表达量最高;SCMV侵染显著影响ScPsbR基因表达,ScPsbR基因在侵染0～12 h显著上调,侵染1～5 d下调至略低于对照的水平,但差异不显著,侵染7～15 d显著下调。     

甘蔗ScCRT1基因克隆及其应答SCMV侵染分子机制的研究

钙网蛋白(calreticulin,CRT)在真核生物中广泛表达,是重要的分子伴侣和钙离子结合蛋白,参与调控Ca2+稳态、钙依赖信号、内质网质量控制、植物生长发育、免疫反应和逆境应答等多种生物学过程。甘蔗(Saccharum spp.hybrid)中CRT应答甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus,SCMV)侵染尚未见报道。本研究从热带种Badila(S.officinarum)中克隆了1个CRT1/CRT2亚型的CRT编码基因,命名为ScCRT1。该基因开放读码框(open reading frame,ORF)长度为1281bp,编码长度为426aa的蛋白。生物信息学分析表明,ScCRT1具有典型的CRT蛋白结构域,为稳定的亲水性蛋白,其N端有一个信号肽,具有典型的跨膜结构域,C端有典型的内质网定位信号;二级结构多为无规则卷曲;系统进化树分析表明,该蛋白是典型的CRT蛋白,在单子叶和双子叶植物中具有明显的分化。亚细胞定位表明ScCRT1定位于内质网。实时荧光定量PCR分析发现,ScCRT1基因在甘蔗各组织中都有表达,在第8节间中的表达量最低,在心叶中的表达量较高;该基因在SCMV侵染早期表达量上调,后期下调表达。酵母双杂交(yeast two hybrid,Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)试验表明,ScCRT1与SCMV-6K2蛋白互作。推测SCMV-6K2通过与ScCRT1互作调控钙离子稳态进而便于SCMV侵染。     

棉花GhTFL1b基因的表达及调控分析

为解析棉花中磷脂酰乙醇胺结合蛋白GhTFL1b基因对胁迫的响应及生理功能,从棉花中克隆了磷脂酰乙醇胺结合蛋白GhTFL1b基因,并对该基因进行表达分析和蛋白质互作研究。利用启动子分析软件PlantCARE预测得出,GhTFL1b启动子区域有茉莉酸响应元件、脱落酸响应元件、干旱诱导的MYB结合位点和光周期响应元件等。对GhTFL1b进行组织特异性表达分析,发现该基因在花中表达量最高,其次是根和顶芽,其他组织中表达量极低。进一步比较栽培种和半野生种不同时期的表达,发现无明显差异。激素和胁迫处理研究表明,GhTFL1b基因受水杨酸(Salicylic acid,SA)诱导低调表达,而受盐胁迫处理后高调表达。酵母双杂交验证GhFD与GhTFL1亚组蛋白互作,结果表明GhFD蛋白只能与GhTFL1b互作,而不与GhTFL1a、GhTFL1b、GhTFL1c互作。GhTFL1b基因不参与光周期调控通路,可能参与植物逆境胁迫水杨酸和盐胁迫响应的调控。     

甘蔗CDK基因的cDNA全长克隆与表达分析

植物细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,与周期蛋白(Cyclins)协同作用,是重要的细胞周期性调控因子。本研究从甘蔗受花叶病毒侵染的转录组数据库中获得一条与高粱(Sorghum bicolor)CDK基因(Gen Bank登录号为XP_002466536.1)高度同源的Unigene序列,通过RT-PCR扩增获得长度为1799 bp的甘蔗Sc CDK基因(Gen Bank登录号为KR258796)。序列分析显示Sc CDK基因含一个完整的开放阅读框(65~1603 bp),编码512个氨基酸,且具有CDK典型保守结构域,如ATP结合位点、磷酸结合位点及活化环A-loop。此外,生物信息学预测显示该基因编码的蛋白定位于细胞核,为可溶性蛋白,不存在信号肽,二级结构元件多为无规则卷曲,主要参与蛋白翻译。实时荧光定量PCR分析表明,Sc CDK基因的表达具有组织特异性,其在蔗芽上的表达量最高,其次是在蔗肉、蔗根、叶鞘和蔗皮中;在PEG、Na Cl和ABA的胁迫诱导过程中,Sc CDK均表现上调作用,且受ABA胁迫后表达量最高,约为对照组的1.9倍。推测该基因的表达与甘蔗抗干旱和抗渗透胁迫有关,同时受ABA的诱导,参与细胞周期分裂。     

甘蔗E3泛素连接酶基因PRT1的生物信息学及表达模式分析

为探究甘蔗PROTEOLYSIS 1(PRT1)基因与黑穗病菌的互作关系，以甘蔗割手密种和栽培品种为研究对象，通过RT-PCR技术对ScPRT1(GenBank登录号：MT747433)基因进行克隆，生物信息学分析、定量PCR、亚细胞定位和基因共表达网络分析。生物信息学分析表明，该基因的cDNA全长为1 621 bp,包含一个长度为1 260 bp,编码419个氨基酸的完整开放读码框；其编码蛋白的分子量为46.56 ku,为酸性、不稳定的亲水蛋白，无信号肽，具有核定位信号；该蛋白包含2个RING结构域和1个ZZ结构域；ScPRT1蛋白的高级结构元件多为无规则卷曲。定量PCR结果显示，ScPRT1在皮、叶片、芽中的表达量相差不大，在蔗髓中表达量最高。同时该基因的表达受脱落酸胁迫后显著上调；受黑穗病菌胁迫后，在甘蔗抗黑穗病品种中上调表达，在感黑穗病品种中下调表达，都达到了显著水平。亚细胞定位结果揭示，ScPRT1定位于细胞核。寄主甘蔗和病原黑穗病菌的基因共表达网络中，与甘蔗ScPRT1共表达的黑穗病菌基因中，有3个为N端具有芳香族氨基酸残基的黑穗病菌效应蛋白，这暗示它们之间存在直接的相互作...     

抗甘蔗花叶病毒的无标记反向重复转基因玉米

构建了无标记基因的源自玉米矮花叶病的主要病原——甘蔗花叶病毒(sugarcane mosaic virus, SCMV)复制酶基因的反向重复序列表达载体,通过农杆菌介导法以该表达载体和除草剂标记基因表达载体共转化玉米自交系综3的幼胚,用除草剂梯度筛选,获得了可育的再生株。对T₁和T₂代群体作PCR和DNA点杂交,结合温室和田间人工接种病毒进行抗病性鉴定,获得了比较稳定的对SCMV高抗的无标记转基因玉米株系。     

甘蔗类泛素蛋白UBL5应答SCMV侵染及其与SCMV-6K2的互作

泛素化修饰在蛋白功能调控、生长发育和逆境应答中具有重要作用。类泛素蛋白(ubiquitin-likeproteins,UBLs)是泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system,UPS)的重要组分。本课题组前期利用酵母双杂交(yeast two-hybrid,Y2H)技术从甘蔗(Saccharumspp.hybrid)中分离鉴定了1个与甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus,SCMV)编码蛋白6K2互作的类泛素蛋白UBL5,命名为Sc UBL5,长度为73aa。本研究利用双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)试验进一步证实了Sc UBL5与SCMV-6K2互作;生物信息学分析表明, Sc UBL5为稳定的亲水性非分泌蛋白,无信号肽和跨膜结构。系统进化树分析表明, Sc UBL5具有明显的种属特异性。亚细胞定位分析表明,Sc UBL5定位于细胞质和细胞核。实时荧光定量PCR分析发现,Sc UBL5基因的表达具有明显的组织特异性,在完成形态建成的正一叶、第7叶、根和第8节间...     

福州地区甘蔗黄叶病病原分子鉴定及电镜检测

电镜观察表明，感病甘蔗叶片的韧皮部伴胞内存在着大量类似甘蔗黄叶病毒（SCYLV）的病毒粒子；利用RT-PCR扩增出556 bp的目的片段，氨基酸和核苷酸序列分析表明，该片段是SCYLV外壳蛋白基因的一部分，与其他国家SCYLV分离物同源性达95%以上；应用组织印迹杂交免疫检测技术，在YLS病症的叶片中脉韧皮部出现紫红色斑块，呈阳性反应。综合分析认为福州地区甘蔗黄叶病的病原体为SCYLV。     

甘蔗脂氧合酶基因ScLOX1的克隆与表达分析

LOX属于脂氧合酶超家族(lipoxygenasesuperfamily),是脂肪氧化途径的重要因子,广泛参与植物生长发育的调节和对外界刺激的抵御。本研究基于甘蔗(Saccharumspp.)转录组数据库,通过RT-PCR技术,首次从新台糖22号(ROC22)蔗芽中克隆获得ScLOX1基因(GenBank登录号为MK106188)的cDNA全长序列。生物信息学分析显示,ScLOX1基因cDNA序列长度为2813 bp,开放读码框全长2664 bp,编码887个氨基酸,其编码蛋白的理论等电点为6.23,不稳定系数为39.77,亲水性平均值为?0.437,无信号肽和跨膜结构,但含有PLAT_LH2和Lipoxygenase活性位点,与高粱(Sorghum bicolor) LOX (XP_002466613.1)的氨基酸序列相似性高达95.96%。预测ScLOX1基因的编码蛋白为酸性稳定亲水性非分泌蛋白,属于type I类非传统9-LOX。qPT-PCR分析结果显示,ScLOX1基因在蔗芽组织中特异性表达。接种甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)后, ScLOX1基因的表达量在抗病品种崖城05-179中短暂上升,但在感病品种ROC22中显著下降。分别对瞬时表达ScLOX1基因的本氏烟(Nicotiana benthamiana)植株叶片接种烟草茄病镰刀菌蓝色变种(Fusarium solani var. coeruleum)和青枯菌(Ralstonia solanacearum),表型观察、3,3’-二氨基联苯胺(3,3’-diaminobenzidine,DAB)染色和烟草免疫相关基因的表达情况分析显示,ScLOX1基因的过表达能够增强本氏烟对烟草茄病镰刀菌蓝色变种的防御,但对烟草青枯菌的作用与对照相比无明显差异。研究还发现,ScLOX1基因的表达受茉莉酸甲酯和水杨酸抑制下调,但受脱落酸、氯化钠和聚乙二醇诱导上调。以上结果为深入研究甘蔗ScLOX1基因的功能提供参考资料。     

甘蔗磷脂酰肌醇转运蛋白基因ScSEC14响应干旱和盐胁迫

Sec14-like磷脂酰肌醇转运蛋白(Sec14-like phosphatidylinositol transfer proteins, PITPs), 广泛存在于真核生物细胞中, 参与肌醇磷酸代谢、膜运输、极性生长、信号转导、逆境胁迫等多种重要的生命过程。甘蔗中响应干旱和盐胁迫的Sec14-like基因尚未见报道。本研究从甘蔗受黑穗病胁迫的转录组数据库中获得一条SEC14基因序列, 并利用RT-PCR技术克隆得到甘蔗SEC14基因cDNA全长序列, 命名为ScSEC14 (GenBank登录号为MG571103)。生物信息学分析显示, ScSEC14基因全长1617 bp, 包含一个1008 bp的完整开放阅读框, 编码335个氨基酸; ScSEC14为不稳定的亲水性蛋白, 不存在信号肽; 蛋白二级结构元件多为α-螺旋, 具有典型的SEC14结构域和CRAL_TRIO_N结构域。此外, 系统进化树分析揭示, 该蛋白属于Sec14-like蛋白家族的SSH (soybean Sec14 homolog group)亚家族。亚细胞定位结果表明, ScSEC14蛋白主要定位于细胞膜。实时荧光定量PCR分析发现, ScSEC14基因在甘蔗中组成型表达, 在蔗皮中的表达量最低, 蔗叶中的表达量最高, 约为蔗皮的4.9倍; 该基因在PEG、NaCl、CaCl₂和水杨酸(SA)胁迫下的表达量均上调。因此, 甘蔗ScSEC14基因可能参与Ca ²⁺和SA介导的抗逆信号通路, 积极响应逆境胁迫, 尤其调节了干旱和高盐环境下的抗逆性。     

甘蔗ScWRKY4基因的克隆与表达特性分析

WRKY是植物中特有的转录因子家族之一, 在植物对生物和非生物逆境胁迫的应答反应中起重要调控作用。本研究基于课题组前期构建的甘蔗(Saccharum spp.)转录组数据库, 从新台糖22 (ROC22)中成功克隆到1个WRKY基因, 命名为ScWRKY4 (GenBank登录号为MG852087)。序列分析发现, ScWRKY4基因cDNA全长1265 bp, 包含1个741 bp的完整开放读码框, 编码246个氨基酸, 该蛋白具有1个WRKYGQK保守结构域和C₂H₂锌指结构域, 属于IIc类WRKY转录因子。生物信息学预测分析发现, ScWRKY4蛋白为碱性的不稳定亲水性蛋白, 不存在信号肽和跨膜结构域, 蛋白二级结构元件缺少β螺旋。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片瞬时表达中, ScWRKY4蛋白定位于细胞核。酵母杂交实验结果显示, ScWRKY4不具有转录激活活性。实时荧光定量PCR分析表明, ScWRKY4基因在甘蔗的根、叶、芽和皮中的表达量无明显差异, 在蔗肉中的表达量最高, 为对照蔗根的18.38倍; 黑穗病菌侵染0~72 h, ScWRKY4在抗病品种崖城05-179中下调表达, 在感病品种ROC22中表达较稳定; 受到外源激素脱落酸、水杨酸和茉莉酸甲酯以及非生物胁迫因子氯化钠和聚乙二醇胁迫后, ScWRKY4基因均被诱导上调表达。上述研究结果表明, ScWRKY4基因可能不参与甘蔗对黑穗病的抗性反应或在该防御方面起负调控作用, 但积极响应甘蔗对盐和干旱胁迫的应答。     

甘蔗PsbS亚基应答甘蔗花叶病毒侵染及其与6K2蛋白的互作研究

Non-photochemical quenching (NPQ) is the main mechanism of photoprotective regulation in higher plants. The PsbS subunit of Photosystem II (PSII) plays a key role in NPQ. The involvement of PSII PsbS subunit in Sugarcane mosaic virus (SCMV) infection of sugarcane (Saccharum spp. hybrid) has not been reported. In the previous research, we cloned the coding sequence of the PsbS subunit from sugarcane and designated it as ScPsbS. ScPsbS had an open reading frame (ORF) length of 798 bp and encoded a protein of 265 aa. Bioinformatics analysis showed that ScPsbS was a stable hydrophobic protein with chloroplast localization signals and four transmembrane domains. The ScPsbS protein possesses a typical domain of PsbS protein. Phylogenetic tree analysis showed that ScPsbS was divergent between monocotyledons and dicotyledons, or C₃ plants and C₄ plants. Subcellular localization analysis showed that ScPsbS was located in chloroplasts and partially colocalized with SCMV-6k2 in chloroplasts. The interaction of ScPsbS with the SCMV-6K2 was further confirmed by bimolecular fluorescence complementation assays (BiFC). ScPsbS gene showed obvious tissue specificity in sugarcane tested by real-time quantitative PCR analysis. ScPsbS gene had highest expression in mature leaves, followed by immature leaves and leaves beginning to senesce, and hardly expressed in stems and roots. The expression of ScPsbS gene was significantly affected by SCMV infection, with significant upregulation in the early stage of SCMV infection, and no significant affection in the later stage of SCMV infection.     

不同作物光合蛋白复合物的提取及比较分析

以双子叶C₃光合模式植物拟南芥和本氏烟草、单子叶C₃光合模式作物水稻和C₄光合玉米、双子叶C₄光合白花菜、C₃-C₄光合中间型Moricandia suffruticosa（MS）二倍体物种以及多倍体C₃作物油菜、大豆和花生为材料,运用蓝绿温和胶[Blue Native (BN)-PAGE]技术手段,在生化分子水平对C₃与C₄型、单子叶与双子叶、二倍体与多倍体不同作物光合复合物的差异进行解析。首先以拟南芥为材料优化BN-PAGE体系,证明在膜蛋白非离子型去垢剂十二烷基-β-D-麦芽糖苷（n-Dodecyl-β-D-Maltopyranoside,DM）终浓度为1%、处理时间为10min时增溶效果最好。然后用优化后的体系比较不同作物种间光合/类囊体膜复合物的差异。结果表明,光合复合物及其相应代表性亚基在蛋白丰度和组成形式等方面显著不同。与C₃、双子叶和二倍体植物相比,C₄、单子叶和多倍体作物中光系统II（PSII）核心蛋白D1在复合物中的含量升高;水稻中Cyt b₆f含量最高,不同作物之间Cyt b₆f核心亚基Cyt f丰度差异较大;玉米中光系统I（PSI）核心亚基PsaA的含量显著高于其他8种作物,且C₄作物高于C₃作物;单子叶植物中ATP酶复合物核心亚基CF1β含量显著高于双子叶植物。本研究比较了不同植物间光合蛋白复合物差异,为改良作物的光合性状和提高光合效率提供参考。     

茶树己糖激酶基因CsHXK2的启动子克隆及表达特性分析

植物己糖激酶是双功能蛋白,具有磷酸化己糖和介导糖信号的关键性作用。前期研究中,我们从茶树中克隆获得4个己糖激酶基因,其中CsHXK2基因编码492个氨基酸残基,与拟南芥AtHXK3、番茄LeHXK4归为Type A类HXKs。利用RT-PCR技术,克隆获得长度为2029bp的CsHXK2基因启动子。CsHXK2基因可能受到光照、低温、病原菌、糖和多种激素等信号的调控,且可能特异性表达于叶、花、种子、根系、腋芽等组织。CsHXK2蛋白定位于叶绿体内。酵母突变体功能互补试验表明,去除叶绿体转运信号肽的CsHXK2成熟蛋白具有葡萄糖和果糖磷酸化活性。茶树组织特异性表达分析显示,CsHXK2基因在根和茎中表达量最高,而在老叶中表达量最低。CsHXK2基因的表达受低温胁迫而显著下调,经炭疽菌侵染的茶树叶片内CsHXK2基因的表达也受到显著抑制,而外源赤霉素(GA_3)处理的茶树叶片内CsHXK2基因表达显著上调。本研究结果表明,CsHXK2基因在茶树的生长发育过程和逆境胁迫响应中发挥重要的调控作用。