四川省小麦条锈菌耐高温性鉴定及其cDNA文库构建

近年条锈菌越夏调查发现,小麦条锈菌耐高温性增强,越夏海拔下限有所降低。本研究通过在高温(21±0.2)℃条件下接种,评价了119个来自四川省的条锈菌菌株耐高温性,并构建了耐高温菌株SC-PX1-4-3萌发夏孢子的cDNA文库。结果发现来自四川的条锈菌群体中耐高温菌株占35.3%,主要分布在成都市、凉山市、简阳市和广元市。夏孢子萌发率统计分析表明,耐高温菌株在高温条件下比温度敏感菌株具有更高的萌发率。采用SMART技术构建了耐高温菌株萌发夏孢子cDNA文库,库容为2.1×106cfu,插入片段平均多大于1.0kb。本研究结果初步明确了四川省小麦条锈菌群体中耐高温菌株组成和分布区域,不同菌株在夏孢子萌发阶段对高温的耐受性存在显著差异,为进一步研究条锈菌耐高温机制奠定基础。     

不同培养载体对小麦条锈菌夏孢子人工萌发的影响

为探索适合小麦条锈菌寄主体外萌发的载体,并建立基于不同研究目的的小麦条锈菌夏孢子人工萌发技术,采用超声波水雾培养法,以小麦条锈菌生理小种CYR32为供试材料,探讨了不同培养载体对小麦条锈菌夏孢子萌发特性的影响.在最适温度和湿度条件下,以4种不同材料为培养载体,小麦条锈菌夏孢子的萌发率、芽管生长率和外观显示情况有显著差异.在尼龙纱网上的夏孢子萌发速度和芽管伸长速度最快,12 h内萌发率最高可达93.40％,芽管最长可达446.71 μm;亲水滤膜上夏孢子的萌发率和芽管长仅次于纱网;亲水塑料膜和PVDF膜上夏孢子的萌发率均高于普通亲水载玻片,而芽管长度低于普通亲水载玻片.采用侧光照明时,在亲水滤膜和PVDF膜上极易清晰观测到夏孢子及其芽管内的黄色颗粒物.在亲水塑料膜上,还可观察到夏孢子萌发12 h后,芽管尾部膨大形成类似附着胞的结构.结果显示,超声波水雾可使条锈菌夏孢子处于水分饱和的环境,而纱网纤维组成的小格具有很好的保水结露功能,能使夏孢子萌发快,萌发效率高,芽管生长快;另一方面,使用其他培养载体还可满足观测条锈菌夏孢子内黄色颗粒物向芽管内转移和芽管尾部形成类似附着胞结构的目的.     

小麦条锈菌cDNA文库构建和表达序列标签(ESTs)分析

 小麦条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici)是全世界范围内小麦生产上的重要病原真菌, 但是对小麦条锈菌的基因组和基因功能却了解甚少。为了促进小麦条锈菌基因组学的发展和大规模基因发现, 我们以噬菌体λTrip1Ex2为载体, 采用SMART技术构建了小麦条锈菌萌发夏孢子的cDNA文库。原始文库的滴度为1.1×10⁶pfu/mL, 平均插入片段长度为750 bp。从文库中随机挑取279个cDNA克隆测序, 分析发现这些ESTs的平均GC含量为45.08%。通过聚类分析, 279个ESTs拼接成31个contigs和80 singletons。BLASTx分析表明, 47%的ESTs与GenBank中报道的功能已知或未知蛋白具有相似性。tBLASTx分析表明12个uniseqs与EST数据库中的序列具有相似性, 其中9个是来自担子菌的cDNA文库。几个EST与已知的真菌致病相关基因具有高度相似性。RT-PCR分析了几个基因在小麦条锈菌侵染过程中的表达水平。这些结果为小麦条锈菌夏孢子萌发以及侵染寄主过程中的基因表达研究奠定了很好的分子生物学基础。     

小檗NPR1在小麦条锈菌侵染过程中的表达特征

小檗是小麦条锈菌的转主寄主,自然条件下在小檗上进行有性生殖不仅是条锈菌毒性变异的重要途径,也为病害的流行提供了初侵染源。目前条锈菌与小麦互作已经有较为细致深入的研究,而条锈菌与小檗分子互作的研究未见报道。NPR1是植物调控防卫反应的一个关键基因,本研究克隆得到小檗NPR1基因(BhNPR1),并对BhNPR1及其下游病程相关基因的表达模式进行了分析。与小麦NPR1基因受条锈菌夏孢子侵染诱导不同,BhNPR1的表达水平在条锈菌担孢子侵染小檗过程中保持稳定。另外,条锈菌侵染小檗过程中NPR1下游的病程相关基因BhPR5和BvPDF1.2a的表达量变化也不明显,而BhPR1和BhPR2则显著上调表达。这些结果表明BhNPR1及多个病程相关基因不参与对条锈菌的防卫反应,这可能是导致小檗先天免疫缺陷而成为多种锈菌共同的转主寄主。     

青海东部麦区小麦条锈菌越冬调查初报

随着气候变暖及种植业结构的调整,青海省东部冬小麦的种植不断向高海拔地区扩展,为勘定小麦条锈菌在青海冬麦区的越冬情况,2008—2012年以青海省民和、乐都、尖扎、化隆、循化、贵德等地为试点,按照海拔梯度设立观测圃进行定点越冬观察.结果表明,一般年份小麦条锈菌在青海省东部地区海拔1 777～2 233 m均可越冬.不同年份间条锈菌能否越冬及越冬率的高低差异很大,当1月份平均气温在-8.0 ℃以下时,条锈菌在所有区域均不能越冬;当1月份平均气温在-5.0 ℃以上时,条锈菌能够越冬.此外,1—3月的降水量对小麦条锈菌的越冬也有影响.不同海拔地区条锈菌的越冬率存在一定差异,总趋势是海拔越低病菌越冬率越高,海拔越高病菌越冬率越低.     

天水地区不同海拔高度小麦条锈菌越冬调查初报

为进一步勘定小麦条锈病病菌越冬的海拔上限,明确不同海拔地区病害的越冬率。2008-2010年作者以甘肃省天水市甘谷县为基点,对天水地区不同海拔高度麦田小麦条锈菌的越冬情况进行了大田随机调查和病田定点系统观察。结果表明,该地区小麦秋苗发病重、越冬菌源多,是导致当地小麦条锈病春季流行的重要因素。一般年份小麦条锈菌在天水地区海拔1 293~2 080 m地带可以越冬,其越冬率随海拔降低而增高;同一地点不同年份间越冬率存在差异。越冬海拔上限与过去研究结果相比有明显提高,在海拔2 080 m地带越冬率为0.65%,可能与全球气候变暖有关。文中还对影响小麦条锈菌越冬的因素进行了讨论。     

小檗公式在小麦条锈菌侵染过程中的表达特征

 小檗是小麦条锈菌的转主寄主,自然条件下在小檗上进行有性生殖不仅是条锈菌毒性变异的重要途径,也为病害的流行提供了初侵染源。目前条锈菌与小麦互作已经有较为细致深入的研究,而条锈菌与小檗分子互作的研究未见报道。NPR1是植物调控防卫反应的一个关键基因,本研究克隆得到小檗NPR1基因(BhNPR1),并对BhNPR1及其下游病程相关基因的表达模式进行了分析。与小麦NPR1基因受条锈菌夏孢子侵染诱导不同,BhNPR1的表达水平在条锈菌担孢子侵染小檗过程中保持稳定。另外,条锈菌侵染小檗过程中NPR1下游的病程相关基因BhPR5和BvPDF1.2a的表达量变化也不明显,而BhPR1和BhPR2则显著上调表达。这些结果表明BhNPR1及多个病程相关基因不参与对条锈菌的防卫反应,这可能是导致小檗先天免疫缺陷而成为多种锈菌共同的转主寄主。     

向日葵锈菌夏孢子萌发条件的研究

以向日葵锈菌330生理小种为材料,研究了夏孢子萌发的适宜条件和培养载体。向日葵锈菌夏孢子萌发适宜温度范围10~25℃,最适温度15℃。15℃下在琼脂薄膜上1h即可萌发,12h达到萌发高峰,萌发率最高可达97%。孢子在无菌水中萌发最适浓度为20mg/L,萌发率随浓度增大而降低。光照在前5h均抑制夏孢子萌发,但7h后光照对夏孢子总萌发率基本无影响。新鲜夏孢子萌发率较高,在室温放置270d后基本丧失萌发能力。最适条件下,在供试的6种不同萌发载体上,夏孢子萌发率、芽管长度及萌发形态显著不同,琼脂薄膜载玻片、尼龙纱网、玻璃纸较适宜夏孢子萌发,萌发率超过90%;在PVDF膜和亲水滤膜上可观测到芽管内部黄色物质转移和特殊结构的形成。     

甘谷县春季空气中小麦条锈菌孢子动态的监测及其与气象因素的相关性分析

为了解甘谷县春季空气中小麦条锈菌Puccinia striiformis f.sp.tritici夏孢子的动态变化、孢子密度与病情的关系以及气象因素对孢子密度和病情的影响,利用孢子捕捉器和定量PCR法对2013—2015年春季甘谷县南山和北山地区空气中小麦条锈菌夏孢子密度的动态变化进行监测,同时调查病情和记录相同时间段的气象因素,并利用Pearson和Spearman等级相关进行相关分析。结果显示,甘谷县南山和北山地区春季夏孢子动态变化趋势相似,均在5—6月出现孢子密度的峰值。南山和北山地区空气中的孢子密度与各地区田间病情指数显著相关,且相关系数分别达到0.851和0.931。除2013年外,空气中孢子密度与温度、光照呈正相关,而与相对湿度、降水量呈负相关;南山地区田间病情指数与光照、温度和降水天数显著相关,北山地区田间病情指数则仅与平均相对湿度显著相关。根据空气中小麦条锈菌夏孢子的监测并结合当地的气象因素有助于制定合理的病害防治策略,实现对小麦条锈病的定点和定期防治。     

小麦锈菌夏孢子经盐酸处理后的形态观察

为了快速区分小麦条锈菌、叶锈菌和秆锈菌,用不同浓度的盐酸处理3种小麦锈菌的新鲜夏孢子和在4 ℃冰箱内保存4个月以上的锈菌夏孢子,在显微镜下观察夏孢子形态以及原生质体变化。结果表明, 24.5%、28.5%、32.5%、36.5%4种浓度的盐酸处理条锈菌夏孢子后其原生质体均浓缩成多个分散的小团。而同样方法处理叶锈菌和秆锈菌新鲜菌种时其原生质体浓缩成一个大团或多个小团,浓缩成一个大团的比例随盐酸浓度的增大而提高;用不同浓度盐酸处理保存4个月以上的2种小麦锈菌时,95%以上的夏孢子原生质体浓缩成多个分散的小团,少数（不超过5%）的夏孢子原生质体浓缩成一个大团。研究还发现叶锈菌和秆锈菌夏孢子活力、盐酸浓度等对夏孢子原生质体浓缩状况有很大影响,且与病菌生理小种有一定的关系。因此,锈菌夏孢子经36.5%浓盐酸处理后的原生质体浓缩状况只能作为小麦锈病田间快速诊断检测的辅助手段,不能作为锈病种类鉴别的唯一标准,必须结合病害症状特征、孢子形态以及分子生物学方法等进行综合判别。     

利用环介导等温扩增方法快速检测瓜类细菌性果斑病菌和番茄细菌性溃疡病菌

为建立简单、快速和灵敏地检测瓜类细菌性果斑病菌Acidovorax avenae subsp. citrulli(Aac)和番茄细菌性溃疡病菌Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis(Cmm)的环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)方法,以Aac的ugpB基因和Cmm的micA基因为靶标,分别设计、合成和筛选特异性引物,摸索和优化各项反应条件和反应体系,成功建立了以钙黄绿素颜色为指示且只需要金属浴恒温反应30～60 min的LAMP扩增体系。特异性分析表明该LAMP方法可以快速检出5株不同的Aac菌株和2株不同的Cmm菌株,其它对照菌株如燕麦嗜酸菌燕麦亚种A. avenae subsp. avenae、丁香假单胞菌Pseudomonas syringae、水稻黄单胞菌水稻致病变种Xanthomonas oryzae pv. oryzae和茄科雷尔氏菌Ralstonia solanacearum则呈现阴性反应;引物比目前报道的LAMP引物有更高的DNA样品检测灵敏度,Aac和Cmm的灵敏度分别为1.72×10~2fg/μL和1.26×10~2fg/μL。研究结果表明,所设计的Aac和Cmm引物特异性好、灵敏度高,更有利于从源头上控制这2种检疫性细菌病害的流行和传播。     

Pythium rot of chingensai ( Brassica campestris L. chinensis group) caused by Pythium ultimum var. ultimum and Pythium aphanidermatum

Severe rot was found at the base of leaves and stems of chingensai (Brassica campestris L. chinensis group) in Okayama Prefecture in 2000. The causal fungi were morphologically identified as Pythium ultimum Trow var. ultimum and P. aphanidermatum (Edson) Fitzpatrick. This is the first report of rot caused by Pythium species on chingensai. We named this disease Pythium rot of chingensai.     

Functional analysis of the 3′ end of avrBs3/pthA genes from two Xanthomonas species

The phytopathogens Xanthomonas oryzae pathovar (pv.) oryzae and Xanthomonas axonopodis pv. citri each contain several avrBs3/pthA family genes. Structural features of these genes important for avirulence and/or virulence functions include a central region of multiple direct repeats and three nuclear localization signals (NLSs) and an acidic activation domain (AAD) at the 3′ end. To identify other regions critical to function in the 3′ ends of these genes, we constructed several chimeras using apl1 and apl2 from X. axonopodis pv. citri and avrXa10 and avrXa7 from X. oryzae pv. oryzae and evaluated their functions by inoculation to citrus and rice. The apl1 and avrXa7 genes are major virulence determinants in citrus and rice, respectively, while the contributions of apl2 and avrXa10 to virulence are negligible or not measurable. Constructs that contained a 417 bp HincII-SphI fragment from the 3′ end of apl1 in combination with the repeats from avrXa7, avrXa10, and apl1 caused a canker phenotype on citrus. Interchange of the HincII-SphI fragment between avrXa7 and avrXa10 abolishes avrXa7 avirulence function and reduces its virulence but it does not affect avrXa10 avirulence function in rice. avrXa7 caused a hypersensitive response (HR) in citrus and replacement of it's 3′ end with that of apl1 resulted in loss of canker and induction of HR. Thus, the HincII-SphI fragment of the avrBs3/pthA gene family is important for avirulence and virulence functions in two different plant species, Oryza sativa and Citrus natsudaidai HAYATA.     

大蓟总黄酮对尖孢镰刀菌甜瓜专化型生长、生理的影响及其田间防治效果

为探究大蓟总黄酮对尖孢镰刀菌甜瓜专化型Fusarium oxysporum f. sp. melonis的抑制效果,采用微波超声法提取大蓟种子中的总黄酮,并测定其对其尖孢镰刀菌甜瓜专化型生长、生理指标的影响及其田间防治效果。结果显示,大蓟总黄酮浓度为10 mg/mL时,对尖孢镰刀菌甜瓜专化型的菌丝生长抑制率和孢子萌发抑制率达到100.0%,菌丝畸变、断裂;尖孢镰刀菌甜瓜专化型OD650 nm和pH最小,分别为0.3和5.5;其电导率是对照组1.2倍。不同浓度大蓟总黄酮处理下尖孢镰刀菌甜瓜专化型呼吸强度、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性均呈现先上升后下降的趋势,羧甲基纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性降低,浓度为10 mg/mL大蓟总黄酮处理尖孢镰刀菌甜瓜专化型60 h后,呼吸强度、SOD和CAT活性均降至最低,分别为7.8 mgCO2·cm-2·h-1、22.9 U/mL和20.8 U/mL。田间防治结果表明,浓度为10 mg/mL大蓟总黄酮处理下,甜瓜枯萎株数最少,防治效果最佳,为93.5%。表明大蓟总黄酮能够有效地抑制尖孢镰刀菌甜瓜专化型生长,具有进一步发展为绿色新型植物源尖孢镰刀菌甜瓜专化型防治剂的能力。     

Effect of surface wettability on germination and gene expression in Cronartium quercuum f. sp. fusiforme basidiospores

Cronartium quercuum f. sp. fusiforme is an obligate pathogen of pine and oak. Its basidiospores are specifically adapted to recognize and establish infections on the pine host. Depending on environmental cues, the basidiospores can germinate directly, which typically leads to infection of pine, or indirectly, which usually results in formation of secondary basidiospores. We investigated how changes in surface wettability, or hydrophilicity, affect basidiospore germination. When we decreased surface wettability, the direct germination and total germination (direct+indirect) frequencies increased. Additionally, there was a critical threshold between 42% and 54% wettability, at which the basidiospores switched from direct to indirect germination. We conclude that the germination type of C. q. fusiforme basidiospores is influenced by the hydrophilicity of the surface upon which they land. To gain insight into gene expression during basidiospore germination, we made two suppression subtraction hybridization (SSH) libraries enriched for genes expressed during each type of germination. A total of 172 unique gene sequences were recovered from the two expression libraries. Annotation of these libraries indicates that they include several clones that may encode rust-specific or basidiomycete-specific functions.     

狭叶菖蒲乙醇提取物对棉铃虫卵和幼虫的生物活性

为筛选安全高效的棉铃虫防治药剂,选用狭叶菖蒲Acorus calamus var.angustatus乙醇提取物对棉铃虫Helicoverpa armigera卵和幼虫的触杀活性、胃毒作用、拒食效果和生长抑制作用进行了测定,同时以0.5%藜芦碱为药剂对照,对比分析狭叶菖蒲提取物的杀虫效果。结果表明,狭叶菖蒲乙醇提取物对棉铃虫3龄幼虫有显著的触杀、胃毒、拒食和生长抑制活性以及杀卵效果,且生物活性随浓度升高和处理时间延长而增加;狭叶菖蒲提取物对棉铃虫触杀活性、胃毒活性、杀卵活性的致死中浓度LC_(50)分别为20.50、19.26和31.39 mg/m L,对棉铃虫生长抑制中浓度EC_(50)和拒食中浓度AFC_(50)分别为7.15、10.43 mg/m L;0.5%藜芦碱药剂对棉铃虫触杀活性、胃毒活性和杀卵活性LC_(50)分别为12.19、16.90和29.87 mg/m L,对棉铃虫EC_(50)和AFC_(50)分别为3.99、8.32 mg/m L,均低于菖蒲根茎提取物。气相色谱-质谱分析结果显示,狭叶菖蒲乙醇提取物主要成分为α-细辛醚、β-细辛醚、菖蒲酮和白千层醇。表明狭叶菖蒲乙醇提取物有开发为新型植物源农药的潜力。     

基于毒性表型与微卫星标记的云南省条锈病菌群体遗传分析

为明确云南省条锈菌群体结构和遗传多样性水平,利用19个中国鉴别寄主和11对微卫星(simple sequence repeat,SSR)标记引物对采自云南省大理、曲靖、文山、昭通4个市的88个菌系进行了毒性表型分析和分子基因型分析。毒性表型分析结果表明,云南省条锈菌群体Nei’s基因多样性指数为0.17,Kosman指数为0.22,云南省条锈菌群体毒性结构复杂;菌系以Hybrid 46类群(77.3%)和贵农22类群(17.0%)为主,并且均不能侵染鉴别寄主中四和Triticum spelta album。分子基因型分析结果表明,云南省条锈菌整体上香农信息指数为0.63,分子遗传多样性比较丰富;大理市菌系香农信息指数为0.64,分子遗传多样性最丰富;文山市菌系香农信息指数为0.35,分子遗传多样性最低。聚类分析结果表明,云南省西部大理市菌系明显不同于云南省东部曲靖市、昭通市、文山市的菌系,昭通市菌系和曲靖市菌系毒性结构和基因型结构基本相同,表明云南省东、西部条锈菌群体遗传分化程度较高,是2个相对独立的流行区域。     

在小檗碱作用下水稻细菌性条斑病菌生理及转录反应分析

为探究小檗碱对水稻细菌性条斑病菌Xanthomonas oryzae pv.oryzicola的抑菌机制，测定小檗碱对水稻细菌性条斑病菌GX13菌株的毒力、致病因子、细胞结构和能量代谢的影响，并利用Illumina-HiSeq高通量测序技术分析小檗碱对水稻细菌性条斑病菌菌体基因表达的影响。结果表明：经15 μg/mL小檗碱处理后，GX13菌株侵染水稻品种玉丝占后引起水稻细菌性条斑病的病情指数为6.70，低于对照组；每1×10⁸ CFU菌体胞外多糖产量为1.58 μg，显著低于对照的2.42 μg；纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶等胞外酶活性均低于对照组；与能量代谢相关的苹果酸脱氢酶（MDH）活性为1.42 U/g prot，低于对照组，而丙酮酸和三磷酸腺苷含量升高，分别为1.71 μmol/mL和379.49 μmol/g prot，均高于对照组。同时，细菌的生物膜形成受到抑制，细胞结构受到破坏。转录反应分析发现，与II型分泌系统相关的xpsD、xpsF和xpsM等基因、与III型分泌系统相关的hrcC、hrcJ、hrcN和hrcQ等基因、与胞外多糖分泌相关的gumF和gumI基因，以及与细胞结构与功能相关的murD、lpxA、lpxH、lpxL、fabG和fabZ等基因均下调表达。此外，与丙酮酸代谢途径相关的ppc、aceF和lpdA等基因也下调表达，但与氧化磷酸化途径相关的NADH脱氢酶和ATP合成酶编码基因以及与趋化性相关的编码基因均显著上调表达。表明小檗碱对GX13菌株的抑菌作用与其影响病菌的细胞结构和能量代谢相关，小檗碱通过影响病菌II型分泌系统和III型分泌系统的功能、生物膜的形成以及胞外多糖的合成，从而影响病菌的致病力。与此同时，水稻细菌性条斑病菌借助强化氧化磷酸化功能，启动与趋化性相关的基因上调表达来抵御小檗碱对自身的损害。     

猪殃殃对AHAS抑制剂靶标抗性的快速分子检测

为建立猪殃殃靶标抗性快速检测方法,并明确小麦田猪殃殃Galium aparine var.tenerum对AHAS抑制剂靶标的突变类型及分布,从河南、陕西、安徽、江苏和山东5省不同田块采集疑似对AHAS抑制剂产生抗性的猪殃殃植株,采用特异性引物PCR扩增靶标酶AHAS基因保守区片段,并以直接测序法检测采集样品,通过与拟南芥AHAS基因序列比对分析后明确其突变位点。结果显示,在5省25个农田的样品中共有19个农田检测到AHAS突变,分布在河南、安徽和江苏3省;在检测样品中发现突变发生在2个位点,共有3种突变类型,分别是197位脯氨酸(CCC)突变为丙氨酸(GCC)或丝氨酸(TCC),或者是574位色氨酸(TGG)突变为亮氨酸(TTG),检测结果与田间药效反应基本一致。这种用特异性引物扩增目的片段测序的方法,由于其可以在生长当季进行检测,适用于田间靶标突变抗性猪殃殃的快速检测与监测。