β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性与大豆对疫霉根腐病抗性的关系

 为了明确β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶与大豆抗疫霉根腐病的关系,测定了不同抗性大豆品种接种大豆疫霉菌后β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性的变化情况和2种酶对大豆疫霉菌的抑制作用。结果表明,大豆疫霉菌能诱导大豆β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶的活性增强,但2种酶在积累速度和幅度上,抗病品种和感病品种有显著的差异。与感病品种"857-1"相比,抗病品种"垦农4号"2种酶活性不仅升高的速度快、幅度大,且高活性维持的时间长。β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶混合液对大豆疫霉菌的菌丝生长、孢子囊形成和孢子萌发的抑制作用明显,其次是β-1,3-葡聚糖酶,而几丁质酶对大豆疫霉菌的抑制作用不明显。表明大豆对大豆疫霉根腐病的抗性与β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶的活性呈正相关关系。β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶混合对大豆疫霉菌的抑制具有协同增效作用。     

禾顶囊壳小麦变种对小麦种子根的侵染过程

 光镜和电镜观察表明,禾顶囊壳小麦变种(Gaeumannomyces graminis var.tritici,小麦全蚀病菌)对小麦种子根的侵染过程可分为侵入前、侵入表皮层、进入皮层和进入中柱等4个连续阶段。麦根接菌后在15℃下培养,48 h后侵入表皮层细胞,60 h后进入皮层,120 h后进入中柱。病原菌主要以侵染菌丝直接侵入表皮层,表皮细胞间隙和根毛基细胞是主要侵入部位,少数由附着枝侵入。菌丝穿透细胞壁有明显的酶解作用特征,菌丝先端前方胞壁上还产生电子密物质。皮层细胞是病原菌定殖和发展的主要场所,病原菌还能离解胞间层,形成胞外空间,特别有利于菌丝和菌丝束的扩展。在侵入位点的寄主细胞壁和质膜之间,形成多种形状的木质管,其数量与侵入菌丝的数目相对应,但木质管不能阻止菌丝进入细胞。菌丝进入中柱后,可阻塞导管和筛管。小麦细胞发生退行性病变,尤以细胞壁膨大崩坏和早期质壁分离最明显,细胞间隙还产生性质不明的黄色物质。     

稻叶黑粉病菌侵染水稻叶片的细胞学研究

稻叶黑粉病是由担子菌Entyloma oryzae侵染水稻叶片或叶鞘引起的真菌病害，但对病原菌与寄主互作的细胞学机制一直缺少了解。本文对采自田间自然发病叶片上的病斑进行了初步的细胞学分析，结果发现，病原菌侵染后，寄主病斑部位的表皮细胞外部形态基本保持完整；病原菌主要在寄主叶肉细胞部位产生大量的厚垣孢子并逐渐取代叶肉细胞；病原菌菌丝在寄主胞外扩展，未见其穿透寄主细胞壁进入细胞内，也没有产生典型的真菌吸器。靠近病原菌菌丝的寄主各种细胞内的细胞器均发生降解，降解产生的脂类物质凝聚成了体积较大的脂质球。寄主维管束组织的细胞壁一直保持完整，未发现病原菌菌丝进入维管束，病原菌菌丝和孢子被限制在寄主相邻两个维管束之间。在发病后期，由于寄主叶片表皮结构整体性破坏导致大量细菌进入，加速了叶片的衰老死亡。本研究结果表明，稻叶黑粉病菌的侵染模式为胞外侵染，类似于活体营养真菌；但病原菌的侵染导致附近寄主细胞降解死亡，类似于腐生营养真菌。     

小麦与白粉病菌互作中β-1,3-葡聚糖的细胞定位

 利用免疫胶体金方法对小麦与白粉病菌互作过程中β-1,3-葡聚糖酶底物,即β-1,3-葡聚糖的合成与分布情况进行了研究。结果发现,白粉病菌的所有器官包括分生孢子、附着胞、入侵栓、吸器和菌丝中均未发现β-1,3-葡聚糖存在;相反,β-1,3-葡聚糖是小麦各种细胞壁的正常组分,在气孔保卫细胞、纤维细胞、导管分子等的细胞壁中含量非常丰富。病原菌的侵染导致植物细胞中β-1,3-葡聚糖的合成增加,但在乳突结构中不含β-1,3-葡聚糖。以上结果说明,往小麦中导入外源β-1,3-葡聚糖酶基因并高效表达,不会对病原菌结构产生直接的破坏和抑制作用;相反,有时可能会影响到某些植物细胞的正常发育。     

球毛壳ND35菌株在宿主植物上的侵染定殖

为了解球毛壳Chaetomium globosum ND35菌株在宿主植物上的侵染定殖方式和途径,以毛白杨组培苗为宿主植物,借助光学显微镜、扫描电镜、透射电镜,结合免疫荧光标记技术,研究了球毛壳ND35菌株子囊孢子萌发后在毛白杨上的侵染行为及其菌丝在组培苗根部的定殖。结果显示,子囊孢子萌发后形成的菌丝,能从杨树苗根、茎部表面细胞间的缝隙侵入或在根表面形成附着胞,进而形成侵染钉直接从表皮细胞侵入,在叶部主要从气孔侵入叶片内部。侵入根部的菌丝主要定殖于表皮细胞、外皮层细胞和细胞间隙,未进入内皮层和维管束组织。     

大豆与疫霉菌非亲和互作早期差异显示基因的表达分析

大豆疫霉根腐病是大豆的毁灭性病害。为了深入了解大豆对疫霉菌的分子抗病机制,以大豆疫霉菌1号生理小种游动孢子接种抗性品种绥农10的根部及下胚轴,通过反转录差异显示技术分离到疫霉菌侵染0、0.5、1、2和4h后大豆下胚轴和茎部的差异表达基因,其中至少有8个基因与抗病相关。接种后0.5 h开始上调表达的有肉桂酸-4-羟化酶基因、ATP合成酶β亚基基因,以及类花生泛素结合酶基因;接种后1h和2h依次开始上调表达的有尿苷二磷酸-N-乙酰基-α-D-氨基半乳糖基因和豌豆蓝铜蛋白基因;接种后4 h才上调表达的有TGA型碱性亮氨酸拉链基因、大豆环孢素基因和14-3-3蛋白基因。这8个基因中有1个基因与信号传导有关、4个基因与抗病和防御有关、2个基因与转录调控有关、1个基因与能量代谢有关。研究表明,以上8个基因在疫霉菌游动孢子萌发、侵入大豆和在大豆体内扩展过程中起着重要作用。     

大豆和大豆疫霉菌共培养体系的构建

 本研究旨在建立一个适于分析大豆遭受大豆疫霉菌侵染后基因表达研究的互作体系。在比较了15个携带不同抗病基因的大豆基因型的组织培养情况和7个大豆疫霉菌分离物及其游动孢子单孢系的毒力变化的基础上,构建了大豆悬浮细胞和大豆疫霉菌游动孢子的共培养体系,进而分析了共培养过程中大豆细胞的活力和防御基因表达情况。结果表明,不同亲和力菌株的游动孢子引起的大豆细胞活力变化十分相似;非亲和菌株的游动孢子可诱导寄主防御基因的表达发生变化。此系统为深入开展大豆抗性机制研究提供了良好的平台。     

福建省大豆疫病病原鉴定及其核糖体DNA-ITS序列分析

 从福建省龙海大豆根腐病株上分离的疫霉菌株中,选取6个代表菌株,对病原菌进行了形态特征、致病性、寄主范围鉴定及核糖体DNA-ITS序列分析,结果表明,该菌为疫霉属真菌,在黑麦琼脂培养基上生长缓慢,菌丝致密、无隔,形成菌丝膨大体,近直角分支,分支处稍缢缩。水培后产生大量椭圆形孢子囊,不形成乳突,通过内层出方式产生新孢子囊,游动孢子在孢子囊内形成,同宗配合,藏卵器球形,雄器侧生;接种后可出现典型的大豆疫病症状;人工接种只侵染大豆、豇豆和菜豆等少数豆科植物。其核糖体DNA-ITS序列分析表明,分离菌株与GenBank中大豆疫霉的ITS序列的同源性均为99.8%,仅有2个碱基的差异,结合形态特征和致病性测定,将这些病原菌鉴定为Phytophthora sojae. 这是首次报道大豆疫霉菌在福建省存在。     

内生枯草芽胞杆菌Itb57对烟草疫霉的抑制及生理生化影响

为明确内生枯草芽胞杆菌Itb57菌株抑制烟草疫霉生长的机理,分别采用电镜扫描法、生化测定法和电导法研究了其对烟草疫霉菌丝形态及生理生化指标的影响。结果显示,经Itb57菌株发酵滤液处理的疫霉菌丝畸形膨大、分枝短粗,孢子囊的形成及萌发受到显著抑制,当发酵滤液浓度为50%时,抑制率分别为79.69%和70.85%;且与对照相比,处理组疫霉菌细胞壁主要成分碱溶性、碱不溶性和水溶性的β-1,3-葡聚糖含量分别降低了51.18%、42.56%和39.42%,β-1,3-葡聚糖合成酶活性降低了72.45%,DNA含量降低了14.64%;线粒体复合酶活性显著低于对照,其中复合酶II活性降低了79.25%,菌丝处理液电导率升高。表明枯草芽胞杆菌Itb57菌株发酵滤液能减少疫霉细胞壁主要成分β-1,3-葡聚糖含量,破坏细胞膜的完整性,导致菌丝生长受阻或产生畸形,对烟草黑胫病的控制具有潜在的生防价值。     

栗疫病菌侵染板栗枝条的显微观察

栗疫病是一种严重危害栗属植物的病害。为了明确栗疫病菌侵染板栗枝条的过程及侵染的关键时间点,本研究利用病理组织切片技术、显微镜和扫描电镜技术对栗疫病菌侵染板栗枝条的过程进行了观察。结果表明:接种栗疫病菌后0～5 h,菌丝先降解枝条表皮,进行横向营养生长的同时沿着伤口纵向侵染,为进入皮层做准备;接种后6 h病菌开始在表皮定殖,并侵入皮层;接种后9 h在皮层可观察到侵染性菌丝沿着细胞间隙向相邻细胞延伸;接种后12 h栗疫病菌侵入韧皮部,在皮层的侵染面积扩大。随着侵染程度加深,皮层、韧皮部等处细胞被菌丝降解,最终在形成层附近聚集。接菌后9 h为栗疫病菌侵染板栗枝条的关键时间点。     

大豆疫霉RNA结合蛋白PsM90的基因功能研究

 真核生物的基因表达能够在转录与转录后等水平受到调控,以适应不同时空环境中的生长与发育等生物学过程,其中PUF家族RNA结合蛋白是一类具有保守PUM-HD(Pumilio homology domain)功能域的转录后调节因子,通过与靶标mRNA特异性结合控制其稳定性及翻译。本研究利用CRISPR/CAS9介导的疫霉菌基因组编辑技术,对大豆疫霉的PUF家族基因PsM90进行敲除和功能研究。结果表明,PsM90敲除突变体的卵孢子产量减少至野生型的32%,卵孢子壁明显变薄,卵孢子中的细胞器未能正常分化;游动孢子对大豆黄化苗下胚轴的致病力有所下降。此外,PsM90的敲除不影响营养菌丝生长、孢子囊发育、游动孢子释放和休止孢萌发等生物学性状。上述结果揭示了PsM90是大豆疫霉有性发育等过程的重要相关基因,为深入揭示卵菌中卵孢子发育这一独特生物学过程的分子调控机制奠定了基础。     

青杨叶锈病菌(Melampsora larici-populina Kleb.)侵染过程的超微结构研究

 采用电子显微镜技术对青杨叶锈病菌(Melampsora larici-populina Kleb.)的侵染过程进行了研究。发现该菌夏孢子萌发产生1~3个芽管,且具较多的树杈状分枝。芽管由气孔侵入,侵入前不形成明显的附着胞或仅个别芽管形成附着胞。芽管侵入气孔后在气孔腔内形成气孔下囊,再分化出圆形的膨大体而产生1~2支初生菌丝。初生菌丝在寄主细胞间扩展,与叶肉细胞壁接触后分化出吸器母细胞,吸器母细胞中的细胞器与胞间菌丝相同,双核。吸器母细胞产生侵入钉侵入叶肉细胞内部形成吸器,成熟吸器由细长具颈环的管状颈部和膨大的吸器体组成,此时胞间菌丝在吸器母细胞处分化出次生菌丝,在叶肉细胞间扩展形成次生菌落,产生孢子堆。病菌在寄主细胞间隙或沿寄主细胞壁延伸时,寄主细胞仍保持正常状态。     

Microtubule dynamics in compatible and incompatible interactions of soybean hypocotyl cells with Phytophthora sojae

The arrangement of microtubules in soybean ( Glycine max ) cells was examined during compatible and incompatible interactions of hypocotyls of soybean cv. Harosoy (susceptible) and cv. Haro 1272 (resistant) with race 1 of the soybean-specific pathogen Phytophthora sojae . Both reaction types were similar during the first 3 h after zoospore inoculation in terms of the number of cells penetrated, and depth penetrated into the cortex. By 3 h postinoculation, clear differences had developed between the two interaction types: incompatible interactions were characterized by a hypersensitive response that was confined to single penetrated cells; while compatibly responding cells appeared unchanged. Both types of response were characterized by autofluorescence of cell walls or cytoplasm and, at 6 h after inoculation, complete disorganization of cell cytoplasm. Reorientation and loss of microtubules was seen in the early stages of the incompatible interaction in association with cellular hypersensitivity, but not in compatible responses. In cells adjacent to those that reacted hypersensitively, there was little evidence of change in microtubule orientation. Treatment of hypocotyls with the microtubule depolymerizer oryzalin prior to inoculation did not alter the compatible response, but led to breakdown of the incompatible response. Changes in microtubule orientation and state are thus among the first structural changes that are visible within cells during incompatibility in this system.     

基于Ypt1靶标的大豆疫霉环介导等温扩增技术的研究

大豆疫霉侵染大豆引起的根腐病是大豆生产上的毁灭性病害之一。本研究以Ypt1基因作为靶标,利用环介导等温扩增(LAMP)技术,设计了特异性检测体系,整个过程仅需60 min,即可通过肉眼直接目测检测结果。反应后经浊度仪验证浊度变化、琼脂糖凝胶进行电泳验证和在扩增前加入染料HNB(羟基蔡酚蓝)作为反应指示剂验证扩增结果。特异性检测中,111个大豆疫霉菌株均能产生浊度曲线和扩增到梯形状的条带,同时HNB显色观察到天蓝色的阳性反应,而其它疫霉、腐霉和真菌供试菌株中均没有观察到这些现象;在灵敏度检测中,PsYpt1-LAMP技术最低检测限达到100 pg·μL~(-1),比普通PCR技术的最低检测限高出10倍;在田间应用方面,PsYpt1-LAMP检测技术明显提高了检测效率。本研究建立的LAMP检测体系可用于口岸和田间对大豆疫霉的快速检测。     

Histological and ultrastructural comparisons of compatible, incompatible and -β-amino- n -butyric acid-induced resistance responses of pepper stems to Phytophthora capsici

The compatible interaction of pepper stems with Phytophthora capsici showed more rapid and severe disease development than did the incompatible interaction, although pathogen penetration styles of host cells in compatible and incompatible interactions were similar to each other. Treatment with -β-amino- n -butyric acid (BABA) protected the pepper plants against P. capsici infection. Reduced hyphal growth and sporangial formation were found after P. capsici infection in BABA-induced resistant and incompatible reactions. One of the most noticeable ultrastructural features of the BABA-induced resistant reaction was the formation of electron-dense wall appositions. The thick and dense wall appositions that encased the haustoria restricted haustorial development, thus leading to limitation of further pathogen penetration into inner plant tissues. A main host response in the incompatible interaction was the occlusion of cortical cells with an amorphous material. Plugging of the intercellular spaces in the cortical cells with electron opaque material was frequently observed in the incompatible interaction, but not in the compatible interaction. Another common feature of the BABA-induced resistant and incompatible reactions was degeneration of mitochondrial structure within penetrating hyphal cytoplasm. The mitochondrial structure in the BABA-induced resistant or incompatible reactions had no distinct double membrane layer and well-shaped cristae.     

Cytology of the host-pathogen interactions between Lolium perenne and Drechslera dictyoides

The interactions between Drechslera dictyoides and Lolium perenne resulting in the development of the net blotch lesion were examined using light and electron microscopy. Following appressorium formation a reorganization of the network of cytoplasmic strands in underlying epidermal cells resulted in the accumulation of cytoplasm and the migration of the nucleus towards the appressorium. Successful penetration was followed by extensive colonization of the invaded epidermal cell. Abortive penetration attempts often resulted in the formation of hyphae within the epidermal cell wall. During lesion development, advancing hyphae came into contact with unmodified host cells which responded with the production of wall appositions. Hyphae were sparsely distributed within the developing lesions and their sparingly branched, predominantly linear pattern of growth resulted in the formation of discrete net lesions. Prior to the commencement of sporulation, the density of hyphae increased and the invasion of moribund cells of the senescent host tissue was observed.     

大豆疫霉根腐病

 大豆疫霉根腐病是毁灭性病害之一,在我国近年有加重发展趋势。美国、澳大利亚和加拿大对Phytophthora sojae及大豆抗性研究较多,目前已建立了完善的生理小种体系,分离了30多个生理小种,最新定名小种为38和39号。RFLP研究表明,P.sojae的多数变异都可在小种1,7,17和19号中表现出来,因而推测其它小种可能是从这4个小种杂交派生而来,澳大利亚的P.sojae由美国传入。抗、耐病筛选方法有田间筛选法、接种体薄层法、斜板法、下胚轴接种法和豆荚接种法等。选出不少抗病材料,通过遗传研究定名了抗性基因Rps1、Rps-b、Rps-c、Rps1-d、Rps1-k、Rps2、Rps3、Rps3-b、Rps3-c、Rps4、Rps5、Rps6和Rps7等。Rps1-k是目前应用较广的抗性基因,它能抗20多个生理小种。抗性基因Rps1和Rps1-c从被利用到丧失抗性大约是8~10年的时间,按此推算几年之内Rps1-k基因也将丧失抗性,因此主张抗病基因和耐病基因结合使用,不同抗性基因结合使用。