茉莉酸介导的丛枝菌根真菌诱导植物抗病性研究进展

丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌能与植物根系建立共生体提高植物抗病性。植物激素茉莉酸（jasmonic acid,JA）参与AM的形成,介导AM真菌诱导的植物抗病性。目前,关于AM真菌诱导的植物抗病性内容较为丰富,但是关于JA介导的AM真菌诱导的植物抗病性却有待进一步研究。本文首先总结了JA对AM形成和AM对植物内源JA积累的影响;其次介绍了AM真菌对植物抗病性影响及诱导机制;最后从诱导形成防御结构、提高酶活性及合成防御蛋白、诱导次生代谢物质合成、诱导调控信号分子、JA与其他激素相互作用五个方面探讨了JA在AM真菌诱导抗病性中的作用,并对本领域的研究方向进行展望,以期为植物病害防治和菌根研究提供可借鉴的思路。     

真菌病毒减弱寄主致病性机理及其生防应用

真菌病毒是在真菌体内复制和增殖的病毒,在真菌中广泛存在。农业生产中70%~80%的植物病害由病原真菌侵染导致,真菌病毒能够减弱植物病原真菌的致病性,还可以将其转换为内生真菌从而促进植物生长和抗病,因此真菌病毒是一类重要的生防资源。本文综述了真菌病毒减弱寄主致病性机理及其在病害防治中的应用,同时提出了真菌病毒用于生物防治的前景和面临的问题,为植物真菌病害的生物防治提供参考。     

植物病原真菌对甾醇生物合成抑制剂类(SBIs)杀菌剂的抗药性研究进展

甾醇生物合成抑制剂类(SBIs)杀菌剂通过抑制植物病原真菌甾醇生物合成途径中不同环节的酶,干扰或阻断病原菌麦角甾醇生物合成而发挥抗真菌作用。综述了植物病原真菌对SBIs杀菌剂的抗药性发生现状、遗传机制、生理生化机制、分子机制及治理策略等方面的最新研究进展。室内及田间有关SBIs杀菌剂抗药性的研究结果表明,植物病原菌对该类杀菌剂的抗药性可能是由1种或多种机制共同作用的结果。ABC和MFS运输蛋白基因及CYP51蛋白基因是植物病原真菌对SBIs杀菌剂产生抗药性的主要分子机制。其中ABC运输蛋白基因能够通过翻转酶将药剂从膜内层转移至外层而排出细胞体外;MFS运输蛋白基因的超表达和本底表达则是导致病原菌产生抗药性的关键因素;而CYP51蛋白基因与药剂作用时易在病原菌体内发生基因点突变或基因超表达,造成编码蛋白与药剂亲和力下降,导致病原菌产生抗药性。随着分子生物学的迅速发展,可从基因水平上寻找出与抗药性直接相关的基因、蛋白及调控途径等信息,同时与其他学科结合,合理设计新的、多作用位点的高效甾醇生物合成抑制剂,从而延长该类杀菌剂的使用寿命。     

一株产几丁质酶、抑真菌的侧孢芽孢杆菌

从524株芽孢杆菌中筛选出一株几丁质酶活力高的侧孢芽孢杆菌1.864菌株。研究表明该菌对小麦赤霉菌等6种病原真菌具有明显的抑制作用。通过几丁质酶抑制剂以及酶活力变化对抑制真菌活性的相关研究,初步认为该菌株的抑菌物质为几丁质酶。生物测定表明1.864的几丁质酶粗酶对蚊幼具有较高的活性,同时对Bt制剂杀虫活性具有明显的增效作用。     

昆虫免疫的研究(二)

１　抗菌物质的合成及调控　　Ｆａｙｅ等认为,抗菌肽的合成部位在昆虫脂肪体。Ｂｏｍａｎ等从天蚕脂肪体内分离到ｍＲＮＡ,反转录后得到ｃＤＮＡ,再经表达得到抗菌肽前体。Ｋａｋｉｍａ等人用同位素掺入的方法发现,天蚕蛹被注入细菌后只有脂肪体中３Ｈ－Ｕｒｉｄｉｎｅ掺入ＲＮＡ的量同时增加,认为抗菌肽主要合成部位在脂肪体,而在其它一些组织中亦少量合成。张双全［１］等报道,在柞蚕脂肪体中没有观察到抗菌活性,相反在生殖腺中却检测到活性。摘除生殖腺后再诱导,抗菌活力有所下降,应答时间明显滞后。他认为,昆虫的一个器官可…     

荧光假单胞菌2P24中phlF基因对抗生素2,4-二乙酰基间苯三酚产生的影响

Pseudomonas fluorescens2P24是分离自山东小麦全蚀病自然衰退土的1株生物防治菌株,产生抗生素2,4-二乙酰基间苯三酚(2,4-diacetylphloroglucinol;2,4-DAPG)是其主要防病机制。2,4-DAPG是由phlACBD基因簇合成,受多种调控因子调控。本研究用Tn5转座子插入技术,获得1株phlA基因转录增强的突变体,其突变基因为抗生素合成的负调控基因phlF。与野生菌相比,phlF基因的缺失突变体中phlA的转录增强约100倍,抗生素产量提高492倍。同时,菌株2P24的phlF缺失突变体对病原真菌的拮抗作用明显增强。但2,4-DAPG过量表达菌株对多种作物种子根生长有抑制作用。     

小菜蛾 MAP4K4 基因上游5′-侧翼序列克隆与结构分析

本实验室前期研究表明,小菜蛾通过有丝分裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号途径上游转录激活的关键基因MAP4K4反式调控多个中肠受体基因的表达,从而介导其对苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)产生的Cry1Ac杀虫蛋白的高抗性。为进一步明确MAP4K4基因转录激活而过量表达的顺式调控机制,本文利用小菜蛾基因组数据库中MAP4K4基因序列信息,首先克隆了Bt Cry1Ac敏感小菜蛾种群MAP4K4基因上游5′-侧翼序列,得到了两种不同形式的5′-侧翼序列:MAP4K4-1和MAP4K4-2。随后,预测分析了其中的潜在功能顺式作用元件,同时发现其中核苷酸的转换会导致顺式作用元件的改变。本研究初步揭示了小菜蛾MAP4K4基因的5′-侧翼序列的遗传多样性,为后续明确MAP4K4的顺式调控机制奠定了基础。     

胶孢炭疽菌CgSho1基因的克隆与功能分析

HOG-MAPK(high osmolarity glycerol mitogen-activated protein kinase)信号途径是真菌MAPK途径中参与渗透压响应的一条重要通路,在植物病原菌生长发育及致病过程中发挥着重要的作用。Sho1(synthetic high osmolarity-sensitive protein1)是HOG-M APK信号途径上游的一个重要感受器,在不同真菌中常具有不同的功能。本研究从胶孢炭疽菌中克隆了Sho1的同源基因,命名为Cg Sho1,该基因编码一个291个氨基酸的蛋白,含有4个跨膜结构域和一个SH3功能域。利用同源重组的方法获得了该基因的敲除突变体,与野生型相比,敲除突变体表现为营养生长缓慢,菌丝稀疏且疏水性增强,产孢量下降,对氧化压力和渗透压更加敏感,致病力明显减弱。上述结果表明,Cg Sho1参与调控胶胞炭疽菌的营养生长、分生孢子产量、氧化应激反应、渗透压响应及致病性。     

西北地区水资源供需分析及调控途径

水资源短缺是制约西北地区经济发展的首要制约因素。通过分析西北地区的水资源量,以及水资源开发利用现状,指出目前该区水资源开发利用中存在的主要问题,分析探讨了水危机存在的根源,提出了缓解水资源短缺的调控途径。     

绿洲农田土地系统能量转换效率与调控研究──以宁夏平原绿洲为例

该文以宁夏平原绿洲为例，并以相邻的荒漠草原区作为对比，讨论灌溉农田生态系统的本质特征──能量转换效率。为维持其系统的平衡和能量的高输出，提出了系统的调控途径。     

香豆素合成途径关键酶基因Ghpal、Ghc4h和Gh4cl在棉花抗链格孢菌中的作用

链格孢菌Alternaria alternata引起的棉花轮纹斑病,是导致棉花早衰发生的主要成因之一,严重危害棉花生产。香豆素合成途径作为合成植保素的一条代谢支路,其产物能够抑制病原菌,增强植物的抗病性。为了揭示该途径在棉花抗链格孢菌中的作用,本文利用棉花皱缩病毒介导的基因沉默技术,通过对棉花香豆素合成途径中编码关键酶基因的沉默抑制,来解析其在棉花抗链格孢菌中的作用,所选择的基因有编码苯丙氨酸解氨酶(PAL)的基因Ghpal、肉桂-4-羟化酶(C4H)基因Ghc4h和4香豆酸-辅酶-A(4CL)的基因Gh4cl。结果显示,Ghpal、Ghc4h和Gh4cl基因受链格孢菌诱导转录,表明这些基因可能参与了棉花对链格孢菌的抗性反应。Ghpal、Ghc4h和Gh4cl基因分别被沉默后,结果显示各基因沉默植株对链格孢菌的抗性下降,表现为接种链格孢菌后,基因沉默植株的病情指数分别为43.36、38.27和44.78,显著高于野生型和VIGS空载体对照植株。这表明,Ghpal、Ghc4h和Gh4cl参与了棉花对链格孢菌的抗性反应。此外,离体条件下给Ghpal、Ghc4h和Gh4cl基因沉默植株叶片饲喂外源香豆素,结果发现基因沉默植株对链格孢菌的抗性得到恢复。这一结果进一步表明香豆素合成途径在棉花抗链格孢菌中起着重要作用。     

Inhibition of Methionine Biosynthesis in Botrytis cinerea by the Anilinopyrimidine Fungicide Pyrimethanil

When mycelium of Botrytis cinerea was treated with low concentrations of the anilinopyrimidine fungicide pyrimethanil the total amount of free amino acids increased. Qualitative variations were also induced: alanine, glutamine, lysine, glycine, histidine, asparagine, arginine, threonine and moreover, α-aminobutyrate and β-alanine were accumulated; cyst(e)ine, valine, leucine and citrulline were reduced. When mycelium of B. cinerea was incubated with Na₂[³⁵S]O₄, pyrimethanil at 1·5 μM induced a decrease of [³⁵S]methionine and simultaneously an increase of [³⁵S]cystathionine. These data indicate that the anilinopyrimidine fungicide pyrimethanil inhibits the biosynthesis of methionine and suggest that the primary target could be the cystathionine β-lyase. © 1997 SCI.     

Sulfur assimilation in plants and weed control: Potential targets for novel herbicides and action sites of certain safeners

Sulfur is an indispensable element for plants. It is found in sulfur-containing amino acids, cysteine and methionine, and in various other important biochemical components and processes. Inhibitors of sulfur assimilation, or cysteine and methionine synthesis, could be potential herbicides. In the present paper, the sulfur assimilation pathway in plants is described, followed by the introduction of several compounds (inhibitors and safeners) acting on this pathway. Uptake of inorganic sulfate through the roots is the first step of sulfur assimilation in plants. Sulfate is reduced mainly in chloroplasts to sulfide by a multistep process, and sulfide is then incorporated into cysteine. Cysteine is converted to cystathionine, homocysteine and methionine. Cysteine is incorporated into glutathione (GSH) by γ-glutamylcysteine synthetase and GSH synthetase. Three enzymes involved in cysteine and methionine biosynthesis, cysteine synthase, cystathionine γ-synthase and cystathionine β-lyase, have been investigated as target sites for herbicides. Several inhibitors of these enzymes (e.g. rhizobitoxine and propargylglycine) were also phytotoxic, suggesting that the synthetic pathway of sulfur-containing amino acids could be a new target site for herbicides. Some safeners for herbicides were found to act on the sulfur assimilation pathway and on GSH synthesis to increase GSH, which can be involved in herbicide metabolism and detoxification. Several safeners elevate GSH levels by increasing the activities of enzymes involved in sulfur assimilation and GSH synthesis. Further studies on plant sulfur metabolism may lead to the discovery of new herbicides and to the comprehensive understanding of the mode of action of safeners.     

外源ACC通过激活乙烯合成及信号转导诱导小豆抗锈性

大量研究表明, 乙烯可激发植物对死体营养型真菌的抗性, 但我们前期研究发现, 乙烯合成前体ACC可提高小豆对活体营养型真菌——锈菌的抗性, 为初步明确其机制, 本研究分析了ACC处理对小豆乙烯合成及信号转导的影响, 结果表明, ACC处理显著提高了乙烯合成基因VaACS1及信号通路关键基因VaEIN2?VaEIN3?VaERF5的表达水平?此外, ACC处理后再接种锈菌, 小豆锈病的发病程度显著降低?对接种锈菌后不同时间VaPR2和VaPR4的表达分析表明, 相比ACC处理后不接种对照, ACC处理后再接种锈菌的处理, 接种后1~5 d这两个基因表达量显著升高; 与水处理不接种锈菌相比, 水处理接种锈菌5~8 d后VaPR2和VaPR4的表达量虽显著上调, 但应答时间较ACC处理滞后, 且总体表达水平低, 表明ACC激活乙烯通路进而诱导防卫反应基因上调表达是其诱导小豆抗锈性的关键?     

MEAM1和MED两个烟粉虱隐种取食对甘蓝转录组影响的差异

为绿色防控烟粉虱Bemisia tabaci提供新策略,采用转录组分析MEAM1和MED两个烟粉虱隐种取食后甘蓝差异基因表达情况,并选取差异表达基因最多的甘蓝苯丙烷类通路上PAL2、C4H、4CL1和CHI四个基因进行实时荧光定量PCR测定。结果显示,与对照相比,MEAM1和MED烟粉虱隐种取食后甘蓝差异表达基因数分别为693个和1 030个。GO功能注释和KEGG富集分析显示,差异表达基因主要集中在苯丙烷类生物合成、萜类挥发物合成、芥子油苷合成、类黄酮生物合成和植物激素信号传导途径等与甘蓝抗虫物质合成相关的通路上。虽然MEAM1与MED两个烟粉虱隐种均能显著激活植物激素信号传导途径和苯丙烷类合成通路调控的酚类物质合成途径,但MED烟粉虱隐种与甘蓝互作的差异表达基因数高于MEAM1烟粉虱隐种。MEAM1烟粉虱隐种取食甘蓝12 h后,甘蓝苯丙烷通路上游PAL2、C4H和4CL1三个基因均显著上调,而MED烟粉虱隐种取食后,甘蓝苯丙烷通路上PAL2、C4H、4CL1和CHI四个基因均变化不显著,这4个差异基因的表达模式与测序结果一致,表明测序结果的可信度高。     

Regulation of biosynthesis,perception, and functions of strigolactones for promoting arbuscular mycorrhizal symbiosis and managing root parasitic weeds

Strigolactones (SLs) are carotenoid‐derived plant secondary metabolites that play important roles in various aspects of plant growth and development as plant hormones, and in rhizosphere communications with symbiotic microbes and also root parasitic weeds. Therefore, sophisticated regulation of the biosynthesis, perception and functions of SLs is expected to promote symbiosis of beneficial microbes including arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and also to retard parasitism by devastating root parasitic weeds. We have developed SL mimics with different skeletons, SL biosynthesis inhibitors acting at different biosynthetic steps, SL perception inhibitors that covalently bind to the SL receptor D14, and SL function inhibitors that bind to the serine residue at the catalytic site. In greenhouse pot tests, TIS108, an azole‐type SL biosynthesis inhibitor effectively reduced numbers of attached root parasites Orobanche minor and Striga hermonthica without affecting their host plants; tomato and rice, respectively. AM colonization resulted in weak but distinctly enhanced plant resistance to pathogens. SL mimics can be used to promote AM symbiosis and to reduce the application rate of systemic‐acquired resistance inducers which are generally phytotoxic to horticultural crops. © 2019 Society of Chemical Industry     

棉铃虫性信息素生物合成研究进展

性信息素是昆虫两性通讯的化学信号, 在物种繁衍中担当着重要的角色。以性信息素为基础的害虫诱杀和交配干扰等防治手段具有灵敏度高、选择性强、对天敌安全、不污染环境等优点, 在害虫综合治理和绿色防控体系应用中深受青睐。棉铃虫 Helicoverpa armigera 是一种世界性农业害虫, 具有适应能力强和寄主广泛的特点, 条件适宜时常大面积暴发成灾。以棉铃虫为代表的醛类性信息素的生物合成和调控过程, 是目前研究较早也较为透彻的一类性信息素。本研究概述了棉铃虫性信息素的组分和功能, 生物合成时的信号转导途径和调控机制, 以及性信息素前体的生成和特异性组分的碳链修饰过程, 并总结了当前研究的不足, 旨在为今后的基础研究和生产应用提供指导。