玉米弯孢病菌毒素的研究进展

玉米弯孢菌毒素作为病原菌的致病因子之一,在玉米弯孢菌叶斑病病害的发生、发展过程中具有明显的致病作用,对其进行系统深入的研究可以更好地了解玉米弯孢菌叶斑病的致病机理,探索新的防治途径。本文对玉米弯孢病菌毒素的培养条件、理化性质、生物活性、致病机理的研究作了概述。     

玉米弯孢叶斑病菌RhoGAP基因家族的全基因组鉴定与生物信息学分析

RhoGAPs(GTPase activating proteins)通过与Rho GTP酶结合,促使GTP酶水解成Rho GDP无活状态,在生物体中调控着重要的生物学功能。在全基因组上对玉米弯孢叶斑病菌(C.lunata)中RhoGAP基因家族成员进行鉴定,对其序列特征分析。结果表明,玉米弯孢叶斑病菌(C.lunata)有5个RhoGAP基因家族成员,分布在5不同的Scaffold上,其基因结构分析显示,外显子和内含子大小与位置均不一样,表现出复杂的基因结构。序列比对和系统进化分析发现,5个RhoGAP氨基酸序列与其他真菌来源的RhoGAP一样具有特征性保守序列区,与粗糙脉胞菌(N.crassa)和小麦黄斑叶斑病菌(P.tritici-repentis)的RhoGAP蛋白关系密切,其亲缘关系最近。     

玉米新品种抗弯孢菌叶斑病鉴定

玉米弯孢菌叶斑病近几年在葫芦岛地区发病较重，玉米大面积减产15％－20％，为筛选出玉米抗病新品种，1999年我们对10个玉米新品种（组合）进行了抗弯孢菌叶斑病鉴定。     

玉米弯孢菌叶斑病流行环节的研究

对玉米弯孢菌叶斑病流行环节的若干问题研究表明:玉米叶面渗出物对弯孢菌孢子萌发及附着孢形成有显著的促进作用;弯孢菌孢子主要在白天飞散;弯孢菌叶斑病较大面积发病田经1个月左右,顺风向可传播约250 m;病害传播梯度模型为xi=159.33.exp(-0.010 3di);病害空间分布为随机分布。     

部分玉米种质资源对弯孢菌叶斑病的抗性评价

利用田间自然条件下人工接种的方法,对94份玉米自交系和杂交种(组合)进行抗玉米弯孢菌叶斑病的鉴定,同时筛选出用作QTL分析群体构建的抗病和感病自交系。结果表明,供试自交系一般表现为中抗和中感,没有对新月弯孢菌免疫、高抗和高感的材料。抗病材料只有8个,可作为玉米弯孢菌叶斑病QTL分析群体构建的材料。杂交组合中抗病材料占了多数,而且出现了5个高抗组合。     

19种骨干自交系对5种玉米主要病害的抗性鉴定研究初报

利用人工接种技术,对19个玉米骨干自交系抗5种主要病害进行鉴定研究。鉴定结果表明,19份材料中高抗弯孢菌叶斑病4份,抗纹枯病1份,高抗茎腐病12份,抗瘤黑粉病8份,高抗丝黑穗病3份。     

玉米弯孢菌叶斑病产量损失测定及药剂防治

玉米弯孢菌叶斑病产量损失测定结果表明,产量损失率与玉米品种及弯孢菌菌株密切相关,相同菌株对不同玉米品种及不同菌株对相同玉米品种产量影响有差异,产量损失幅度为10.10%～48.62%;玉米弯孢菌叶斑病影响玉米产量构成,使玉米穗变短、细,百粒重减少.通过药剂防治试验结果看出,药剂防治能有效地防治玉米弯孢菌叶斑病.70%代森锰锌WP500倍液防治效果最好,达95.46%。     

玉米LIM结构域蛋白基因家族分析

采用生物信息学的方法,在玉米全基因组水平鉴定并分析玉米LIM蛋白基因,鉴定出11个ZmLIM基因,分别分布于玉米的8条染色体上。结构域分析表明,多数LIM蛋白包括2个典型的LIM结构域。系统发育分析表明,LIM家族可以分为3个亚家族。假定调控元件分析发现,所有LIM基因启动子都具有大量花粉特异表达元件,相对来说其他组织器官特异表达,激素和逆境调控元件数量很少。EST基因表达数据分析表明,该家族成员具有明显的时空表达特性。     

玉米GLR家族基因的鉴定与分析

利用生物信息学方法鉴定玉米自交系B73基因组中的全部GLR家族基因,共有16个成员,并对其进行系统分析。多重序列对比结果表明,玉米GLR家族具有较高的保守性,包含两个谷氨酸受体结合区(GlnH1和GlnH2)和4个跨膜区域(M1、M2、M3、M4)。系统进化树分析结果表明,玉米GLR家族可分为两大类ZmGLRⅡ和ZmGLRⅢ。玉米GLR家族基因定位于2、4、5、7这4条染色体上,且蛋白具有相似度极高的motif。亚细胞定位分析结果显示,玉米GLR家族成员主要定位于内质网和线粒体。组织表达模式分析表明,多个玉米GLR基因只在特定组织中表达。干旱、高温等环境胁迫对玉米GLR家族基因的表达会产生不同程度的影响。     

玉米弯孢菌叶斑病发生和防治若干问题研究

对吉林省玉米弯孢菌叶斑病的发生和防治几个问题进行试验研究。结果表明:室内保存1～3年的病叶、当年室外越冬的病叶均具有产孢能力;玉米生育期对弯孢菌侵染概率有明显的影响,生育前期侵染概率高,抗侵染力低,生育后期侵染概率低,抗侵染力强;施用氮肥、磷肥对玉米弯孢菌侵染概率影响不明显,而钾肥能降低侵染概率。对生产中一些玉米品种、自交系进行抗病性鉴定,如吉玉106、CM1、济单7号、吉846、5002表现抗性较好。筛选出对防治弯孢菌叶斑病有效的药剂:甲基托布津防效最高,可达91.59%;其次是炭疽福美、速克灵,防效也分别达88.37%和82.98%;代森锰锌的防效为78.37%。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

玉米COBRA基因家族分析及重要成员ZmCOBL03基因编辑

利用生物信息学的方法分析玉米COBRA家族10个成员的序列特征、与其他物种的进化关系和组织特异性表达模式。结果表明,10个COBRA家族基因都含有CCVS保守结构域,并且均定位于细胞膜上。系统进化分析结果显示,该家族可以分为2个亚族,每个亚族内的基因具有相似的基因结构和理化性质。以ZmCOBL03为候选基因开展基因编辑,采用双靶标位点的设计思路,利用农杆菌介导的玉米遗传转化技术和CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功获得ZmCOBL03基因靶向突变的玉米株系。表型分析证实,ZmCOBL03基因突变后严重影响了玉米的正常发育,表现为植株极端矮化且生殖生长受到抑制,证实ZmCOBL03基因在植物细胞壁纤维素合成中发挥重要作用。     

小麦 BES1基因家族的比较基因组学分析

BES1基因是植物体内一类重要的转录因子。本研究利用基因组测序数据,在小麦基因组中鉴定到20个 BES1基因家族成员,它们分布在14条染色体上。为进一步研究 BES1基因在小麦以及其他禾本科作物（水稻、玉米、高梁、谷子和大麦）中的功能和进化关系,对小麦等6种禾本科作物以及十字花科模式植物拟南芥的 BES1基因家族进行系统发育关系、结构特性和共线性关系分析,结果发现,系统发育分析将该家族成员分为Group A、Group B、Group C和Group D四类,大部分小麦 BES1基因集中在Group A;大部分小麦 BES1基因家族成员有2个外显子,最多有10个外显子;小麦与水稻 BES1基因之间存在更多的共线性关系。此外,在小麦根和穗中还鉴定到3个具有较高表达水平的 BES1基因（ TaBES1-3A-2、 TaBES1-3B-2和 TaBES1-3D-2）,表明 BES1基因在小麦生长发育过程中发挥着重要作用。     

玉米CYP基因家族全基因组鉴定及进化与表达分析

利用NCBI中多物种基因组信息以及多种生物软件或在线工具,对玉米CYP基因进行生物信息学分析。结果表明,共鉴定得到23个玉米CYP基因,这些基因不均衡的分布在玉米1～8号染色体上。亚细胞定位分析表明,23个ZmCYPs定位于细胞的不同部位。多物种CYP蛋白进化树将CYP家族蛋白分为9个分支,玉米与高粱中的CYP蛋白多聚类在一支。基因家族内系统进化树联合基因模式图分析表明,处于同一进化分支上的ZmCYPs基因存在基因结构相似而组织表达模式不一致的现象,说明ZmCYPs基因在玉米中功能既存在保守性也存在分歧。对玉米CYP家族蛋白进行motif分析,结合蛋白多序列比对后发现,只有部分ZmCYPs保留了完整的活性位点。启动子顺式作用元件的分析表明,ZmCYPs可能参与光响应及多种非生物胁迫信号通路。对ZmCYPs进行高光强表达谱分析发现,部分ZmCYPs基因表达在高光强环境下受到诱导,表明部分ZmCYPs可能参与玉米在高光强下的适应过程。     

小麦G6PDH基因家族的鉴定与表达分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径中的关键限速酶,在植物生长发育及非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究利用生物信息学对小麦 G6PDH基因家族成员进行鉴定,并对该家族基因编码蛋白的理化性质、进化关系、亚细胞定位、基因复制事件以及在不同组织和不同胁迫下的表达模式进行分析。结果表明,在小麦基因组中共鉴定到14个 G6PDH基因家族成员,分布在小麦2A、2B、2D、4A、4B、4D、6A、6B和6D染色体上,其中5个基因编码的蛋白为胞质型,9个为质体型。亚细胞定位预测表明,胞质型G6PDH蛋白主要定位于细胞质上,而质体型G6PDH蛋白主要定位于叶绿体上。根据系统进化和保守结构域特征,可将14个小麦G6PDH蛋白分为Cy、P0、P1和P2四个亚组。共线性分析表明,小麦 G6PDH基因家族成员存在17对片段重复基因。RNA-seq分析结果表明,小麦 G6PDH基因家族成员在不同组织中存在明显的表达差异,其中 TaG6PDH1-2A/2B/2D基因在根中的表达量最高; TaG6PDH2-2A和 TaG6PDH2-2B基因在干旱胁迫后1 h以及热胁迫后6 h均上调表达。进一步利用qRT-PCR检测6个小麦 G6PDH基因在干旱和盐胁迫下的表达模式,发现分别有5个基因在小麦根中均上调表达,推测小麦 G6PDH基因在非生物胁迫响应过程中发挥着重要功能。     

二穗短柄草SPL家族基因的鉴定、系统发育和表达分析

植物特异性SPL家族基因编码SBP（squamosa promoter-binding protein-like）保守结构，参与调节植物的生长和发育。为了解二穗短柄草中SPL家族基因的分布、结构及功能，对二穗短柄草全基因组中SPL家族成员进行了系统分析。结果表明，在二穗短柄草全基因组中鉴定出17个BdSPL基因，在5条染色体上呈不均匀分布,bd03号染色体上分布最多；根据系统发育树，17个BdSPL被分为6个组，同组成员有保守的结构和基序；其中6对 BdSPL基因发生基因复制事件;在BdSPL基因启动子区域发现了各种顺式元件，如ABRE、CGTAC-motif和LTR。转录组数据和qRT-PCR分析显示，BdSPL基因在二穗短柄草花中表达量较高，而在根系中表达量较低，在不同植物激素处理下表达量有差异。     

玉米TCP家族基因的表达分析

植物所特有的TCP(Teosinte branched1/Cincinnata/Proliferating cell factor)转录因子在器官三维形态发育过程中发挥重要作用.对玉米、水稻、高粱、拟南芥和杨树中的131个TCP基因进行系统进化树构建,可分为5个分支,ClassI包含两个分支A和B,Class Ⅱ包含3...     

玉米BBR-BPC基因家族全基因组鉴定及表达分析

对玉米BBR-BPC基因家族进行全基因组鉴定,分析基因结构、染色体分布和启动子顺式作用元件结合位点、分布和数量情况以及编码蛋白的理化性质、保守基序和蛋白二级三级结构、进化关系,基于转录组的结果研究基因的组织表达模式和高温、干旱等非生物胁迫以及外源生长素等诱导表达模式。结果表明,玉米BBR-BPC家族共有4个成员,家族基因的结构存在较大的差异,且存在可变剪切,共编码9个蛋白。定位分析发现,BBR-BPC1.1和BBR-BPC4定位在细胞核,其余除定位在细胞核,叶绿体中也有分布。BBR-BPC启动子区存在多种逆境胁迫、植物激素、组织部位特异表达、光响应等顺式作用元件。BBR-BPC成员在玉米不同材料、不同组织部位中的表达水平差异较大且受热、干旱等胁迫调控。在B73和Mo17材料中,BBR-BPC受热胁迫诱导表达,与qRT-PCR验证结果一致。研究结果表明,ZmBBR-BPC基因家族不同成员会在特定部位激活或者抑制相关基因表达,响应非生物胁迫。     

黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

生长调节互作因子(GRF-interacting factor, GIF)是植物体内一类转录共激活因子,在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因,利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定,并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示,在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员,分布在4R和5R染色体上;系统进化分析发现,黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现,GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守,均含有4个外显子。共线性分析发现,黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系,其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现,黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外,在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因(ScGIF1),其编码的蛋白含有多个磷酸化位点,推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。     

玉米CLC家族基因差异表达及其与NO3-、Cl-吸收之间的关系

通过对CLC基因家族7个基因的蛋白序列比对,发现他们具有比较高的同源性,在玉米苗期用KNO3、Na Cl、PEG对其进行处理,分别在处理1、4、8、16、24、36 h后检测其体内NO3-、Cl-的浓度,同时取上述几个时间段处理的玉米根和叶,用q PCR检测CLC家族基因的表达量,研究玉米硝态氮吸收与CLC基因表达量之间的关系。结果表明,综合玉米中NO3-、Cl-的变化与CLC家族基因表达量的变化,明确在KNO3、Na Cl、PEG处理下CLC家族基因表达量变化的规律,BT066984.1、GQ412103.1、NM001176231.1和NM001136935.2这4个基因对硝酸盐的响应明显,很可能具有运输硝酸盐的作用。