四种不同植物病原真菌与多菌灵抗药性相关基因突变的比较

克隆了小麦赤霉病菌（Fusarium graminearum）、油菜菌核病菌（Scherotinia sclerotiorum）、辣椒炭疽病菌（Cal-letotrichum gloeosporiodies）和番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）4种病原菌的9个菌株的β－微管蛋白基因、进而与典型模式菌粗糙麦孢霉（Neurospora crassa）进行序列比较，结果表明，4种病原真菌β－微管蛋白序列与粗糙表孢霉具高度同源性；油菜菌核病菌、辣椒炭疽病菌和番茄灰霉病菌的β－微管蛋白198位氨基酸由Glu突变为Ala，是导致上述病原菌产生对多菌灵（MBC）抗药性的主要原因；突变位点和突变类型与其他抗多菌灵真菌一致，且与乙霉威（NPC）之间存在明显负交互抗性。但小麦赤霉病MBC^S和MBC^R菌株的β－微管蛋白序列完全一样，且与NPC之间不存在负交互抗性，有关小麦赤霉病菌产生抗药性的机制有待于进一步的研究。     

禾谷镰孢碳源代谢调控因子FgCreA的功能

【目的】敲除禾谷镰孢（Fusarium graminearum）中碳源代谢调控因子FgCreA,并对其营养生长、有性生殖和致病力等方面进行研究,为研究禾谷镰孢中碳源代谢机制提供依据。【方法】根据酵母数据库SGD和NCBI数据库中的序列,利用酿酒酵母中碳源代谢调控因子Mig1确定禾谷镰孢中的碳源调控因子FgCreA;在NCBI数据库中检索其他物种中碳源代谢调控蛋白,使用ClustalW2软件进行多重序列比对,并用MEGA5软件构建系统进化树,同时在InterProScan网站上预测其蛋白结构域;在NCBI数据库中检索与禾谷镰孢碳源吸收相关的结构基因和真菌毒素DON生物合成的相关基因,调取起始密码子上游1 000 bp的片段,预测FgCREA基因结合位点位置;用Primer5软件设计引物,利用Split-PCR和PEG介导原生质体转化的方法进行基因敲除,并通过PCR和Southern blot验证获得FgCREA基因敲除突变体Fgcrea。根据突变体Fgcrea营养生长、有性生殖和致病力等方面的变化分析FgCREA的功能。【结果】通过生物信息学方法,明确禾谷镰孢中只有一个碳源代谢调控因子基因FgCREA(FGSG_09715),氨基酸序列416 aa,共包含两个保守的C2H2锌指结构区域。FgCreA同源蛋白在各类真菌中均存在一定程度的同源性,具有较高的保守性。禾谷镰孢碳源吸收相关结构基因（XYL2、ARA1、ICL1、PG1、SUC2）和真菌毒素DON生物合成相关基因（TRI1、TRI3、TRI4、TRI5、TRI6、TRI7、TRI8、TRI10、TRI12、TRI101）启动子区均含有FgCREA DNA结合位点。采用Split-PCR技术和PEG介导的原生质体转化,通过PCR和Southern blot获得并验证了两个FgCREA基因敲除突变体。表型观察发现,突变体Fgcrea的生长速度与野生型相比下降90%;分生孢子形态正常,但产孢量与野生型相比降低88%;有性生殖阶段,突变体Fgcrea可以产生正常的子囊壳、子囊和子囊孢子,但需要比野生型长20-28 d;突变体Fgcrea对钠盐较敏感,侵染小麦穗不发病。【结论】获得禾谷镰孢碳代谢调控因子FgCreA敲除突变体,明确FgCreA参与营养生长和有性生殖,并能够影响致病过程。但是否影响相关结构基因的转录水平和DON生物合成仍需进一步验证。     

禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)几丁质酶基因特征分析

禾谷镰刀菌是引发麦类赤霉病的优势种,对禾谷镰刀菌基因组中几丁质酶基因的研究可以帮助理解其致病机理。通过对禾谷镰刀菌基因组数据库的搜索分析,发现了16个ORFs编码的假定几丁质酶,它们都属于糖水解酶18家族。通过与它们的糖水解酶家族比较,对这些几丁质酶进行了系统的命名,按pI值从小到大进行编号为Chi18-1～Chi18-16,研究分析这些几丁质酶蛋白的信号肽、活性位点和亚细胞定位,进行了多序列比对,并建立了系统发生树,为禾谷镰刀菌中的几丁质酶在其致病性和相关生物防治方面的研究奠定了基础。     

小麦PR5Ks蛋白家族鉴定与分析

类PR5受体蛋白激酶（PR5 receptor-like protein kinase,PR5Ks）包含病程相关蛋白5(PR5)和激酶结构域,为植物类受体蛋白激酶（Receptor-like protein kinase,RLK）家族的1个亚族,与植物的抗病防御反应相关。本研究从小麦基因组中鉴定了17个PR5Ks基因,对其理化性质、基因结构、保守基序和启动子进行分析。结果表明,17个PR5Ks蛋白家族成员均为疏水性蛋白,氨基酸数目在415～663个,分子量在44.60～73.52 kD,等电点介于5.61～8.4,蛋白结构以无规则卷曲和α螺旋为主。顺式作用元件分析显示,在小麦PR5Ks基因转录起始位点上游2 000 bp序列中存在多种响应元件,包括SA、MeJA、厌氧诱导、低温等响应元件。为了明确17个小麦PR5Ks成员是否具有抗病性,对小麦在赤霉菌（Fusarium graminearum）和条锈菌（Puccinia striiformisf. sp.tritici）侵染过程中PR5Ks基因的表达规律进行分析,发现TaPR5K-3、TaPR5K-5、TaPR5K-9和TaPR5K-11受赤霉菌和条锈菌的共同诱导。利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)技术检测了接种叶锈菌的小麦中基因的表达模式,结果显示,TaPR5K-3、TaPR5K-5、TaPR5K-9和TaPR5K-11这4个基因均受叶锈菌诱导且在抗病植株中高表达,表明他们在小麦与叶锈菌的互作中发挥正向调控作用。综上所述,本研究初步筛选到4个与小麦抗病相关的PR5Ks基因,为进一步揭示PR5Ks蛋白家族参与小麦生长发育及抗病防御反应提供参考。     

7株新城疫病毒V基因遗传变异与病毒的基因分型

测定了7株不同来源不同毒力新城疫病毒的V基因,并对它们的差异性和遗传进化关系进行了比对分析.结果显示:7株病毒V基因之间的核苷酸同源性为81.7%-99.7%,推导氨基酸残基的同源性为75.8%-99.6%;遗传进化分析显示,7株病毒分别处在3个不同的进化分支上,毒力相似的毒株聚类在同一进化分支上,而这与基于F基因的基因分型一致.由结果可推测,新城疫病毒V基因可能与F基因具有相似的遗传变异率,V基因也适合作为病毒基因分型分析的候选靶基因.     

新城疫病毒F和HN核心片段在杆状病毒中的表达

为研制抗新城疫病毒的基因工程疫苗,将新城疫病毒F48E8株F和HN基因的核心片段克隆到杆状病毒转移载体pFastBacHTb中,然后转化到DH10Bac感受态细胞中与Bacmid杆状病毒穿梭载体进行转座重组,最后将重组子转染TN5细胞,得到含F片段和含F HN片段的重组杆状病毒rBac F和rBac F HN。PCR扩增结果证实F和F HN基因片段重组到杆状病毒基因组中;SDS-PAGE和Western blot检验结果表明F和F HN基因片段在重组病毒中得到了表达。     

核盘菌基因组微卫星序列分析

利用已经公布的核盘菌基因组测序结果,对已有的核盘菌基因组中SSR的类型、大小及分布等数据进行统计分析.在核盘菌基因组内发现1 693个SSR序列,其中出现频率最高的为6碱基和4碱基的SSR序列,分别达到577次和449次,1碱基、3碱基和5碱基的SSR则分别出现97、180、57次.其中有340个SSR序列出现在308个基因内.大多数基因(284个基因)都只含有1个SSR,占含SSR基因总数的92.21％; 17个基因中含有2个SSR,6个基因中含有3个SSR,含4个SSR的基因只有1个.在基因序列内,出现最多的是3碱基与6碱基的SSR,这表明较之基因间区,在选择压力下基因内SSR多趋向于密码子的整数倍,这与其他物种的分析结果一致.为了解含有较多SSR序列与核盘菌基因功能的关系,将含2个以上SSR的基因预测蛋白序列根据NCBI网站CDD软件进行比对发现,24个基因只有6个具有保守的蛋白结构域,且这些结构域多与转录、DNA修复有关.     

Very low gene duplication rate in the yeast genome

The gene duplication rate in the yeast genome is estimated without assuming the molecular clock model to be approximately 0.01 to 0.06 per gene per billion years; this rate is two orders of magnitude lower than a previous estimate based on the molecular clock model. This difference is explained by extensive concerted evolution via gene conversion between duplicated genes, which violates the assumption of the molecular clock in the analyses of duplicated genes. The average length of the period of concerted evolution and the gene conversion rate are estimated to be approximately 25 million years and approximately 28 times the mutation rate, respectively.     

辽宁省稻瘟病菌无毒基因型鉴定及分析

【目的】鉴定稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）的无毒基因型,了解无毒基因在不同地区流行菌株中的分布情况,为品种布局提供参考。【方法】根据已经克隆且与稻瘟病菌致病性相关的6个无毒基因序列设计引物,选取辽宁省稻瘟病常发区的26株稻瘟病菌单孢菌株,提取各菌株DNA样本作为模板,进行PCR扩增。通过琼脂糖凝胶电泳及PCR产物测序,对6个无毒基因PCR产物进行碱基和氨基酸序列的分析比较。对琼脂糖凝胶电泳未出条带的,设计不同引物进行验证性试验。【结果】在PCR产物电泳检测中,Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii没有产物条带,对这3个无毒基因设计验证引物,其PCR产物电泳检测仍没有条带出现,其结果证明辽宁省各水稻主产区流行稻瘟病菌中多不携带Avr1-CO39、Avr-pia和Avr-pii;对于其他3个无毒基因 AvrPiz-t、Avr-pik和Avr-pita则有特异性扩增产物,说明这3个无毒基因在各稻区稻瘟病菌中以不同突变类型及不同频率出现。其中,与Pi2、Pi9和Piz-t对应的AvrPiz-t,分别在22个菌株的中被检测到,且有21个菌株的序列与其序列一致,说明该基因遗传相对稳定,也间接证明携带Pi2、Pi9和Piz-t 的水稻品种在辽宁地区的广谱抗性;与基因组序列不同的16号菌株,在DNA序列192 bp处发生一个单碱基C的缺失,从而导致移码突变,且碱基突变导致氨基酸序列至72位氨基酸时提前终止,而使该基因编码的蛋白质失去无毒基因的功能。与Pik、Pik-p、Pik-m和pik-s对应的Avr-pik,电泳检测结果表明各菌株均有特异性条带出现,经测序验证等位基因序列分为4种类型（B、D、F、G）,其中12个菌株携带可为Pik或其等位基因Pik-m和pik-p所识别的D类型;9个菌株携带B类型,该等位基因曾被报道,但是否具有无毒基因的功能仍未验证;另有2个菌株携带F类型等位基因,该基因为首次发现,并分别出现在丹东和盘锦地区。其特点在于与D类型基因间存在143（A/G）的碱基差异,氨基酸序列翻译结果显示其为错义突变,即48（G/D）;而其余3个菌株携带G类型等位基因,该基因亦属首次发现,且仅出现在抚顺新宾地区,碱基序列与D类型存在168（G/A）的差异,导致翻译提前终止,基因功能丧失。对于Avr-pita,26个菌株特异性扩增产物一致,但测序检测到5种等位基因类型,且均与Avr-pita有差异,碱基序列的变化多导致错义突变。这5种等位基因的氨基酸序列之间差异由3个氨基酸位点的差异所致,分别为83（D/N）、192（Y/C）和207（K/R）,3处突变均在基因结构域范围内,几种等位基因均已见报道。【结论】辽宁稻区流行稻瘟病菌中Avr-pik、AvrPiz-t和Avr-pita分布较为广泛,选育及推广携带相应抗病基因的水稻品种可减轻稻瘟病的危害。     

Two Dobzhansky-Muller genes interact to cause hybrid lethality in Drosophila

The Dobzhansky-Muller model proposes that hybrid incompatibilities are caused by the interaction between genes that have functionally diverged in the respective hybridizing species. Here, we show that Lethal hybrid rescue (Lhr) has functionally diverged in Drosophila simulans and interacts with Hybrid male rescue (Hmr), which has functionally diverged in D. melanogaster, to cause lethality in F1 hybrid males. LHR localizes to heterochromatic regions of the genome and has diverged extensively in sequence between these species in a manner consistent with positive selection. Rapidly evolving heterochromatic DNA sequences may be driving the evolution of this incompatibility gene.     

Repeat-induced G-C to A-T mutations in Neurospora

In the Neurospora genome duplicate sequences are detected and altered in the sexual phase. Both copies of duplicate genes are inactivated at high frequency, whether or not they are linked. Restriction sites change, and affected sequences typically become heavily methylated. To characterize the alterations of the DNA, duplicated sequences were isolated before and after one or more sexual cycles. DNA sequencing and heteroduplex analyses demonstrated that the process (termed RIP) produces exclusively G-C to A-T mutations. Changes occur principally at sites where adenine is 3' of the changed cytosine. A sequence duplicated at a distant site in the genome lost approximately 10 percent of its G-C pairs in one passage through a cross. A closely linked duplication of the same sequence that was passed twice through a cross lost about half of its G-C pairs. The results suggest a mechanism for the RIP process.     

植物线粒体结构基因组研究进展

植物线粒体基因组具有复杂的结构特征:基因组200~2 400 kb不等,变化大、重组频繁,存在水平基因迁移现象等。基因组中既含有非常保守的功能基因,也存在高度变异的基因间区序列。大量研究表明,线粒体基因组是植物细胞质雄性不育因子的载体。综述了近年来植物线粒基因组结构特征、基因组成和热点研究的进展,为进一步深入研究植物细胞质雄性不育的分子机理,并为胞质雄性不育三系杂交种选育、作物杂种优势利用提供理论指导。     

禾谷镰孢菌对戊唑醇敏感基线的建立和不同杀菌剂的交互抗性

为了明确禾谷镰孢菌对三唑类杀菌剂戊唑醇的敏感性及该药剂与其他杀菌剂的交互抗性,采用菌丝生长速率法测定了河南、山东和河北等不同地区的120个禾谷镰孢菌单孢菌株对戊唑醇的敏感性,同时测定了10株敏感菌株对异菌脲、福美双、百菌清、苯醚甲环唑和多菌灵的交互抗药性。结果表明:戊唑醇对禾谷镰孢菌的菌丝生长具有明显的抑制作用,EC50范围为0.007 2～0.200 7μg/mL,最大值与最小值相差27.875倍,平均值为(0.102 6±0.045 4)μg/mL,其敏感性频率呈近似正态分布,可作为禾谷镰孢菌对戊唑醇的相对敏感性基线。戊唑醇与上述不同作用机制杀菌剂之间相关系数低,均无交互抗性。     

Isolation of human transcribed sequences from human-rodent somatic cell hybrids

A method was developed for selectively isolating genes from localized regions of the human genome that are contained in interspecific hybrid cells. Complementary human DNA was prepared from a human-rodent somatic cell hybrid that contained less than 1% human DNA, by using consensus 5' intron splice sequences as primers. These primers would select immature, unspliced messenger RNA (still retaining species-specific repeat sequences) as templates. Screening a derived complementary DNA library for human repeat sequences resulted in the isolation of human clones at the anticipated frequency with characteristics expected of exons of transcribed human genes--single copy sequences that hybridized to discrete bands on Northern (RNA) blots.     

禾谷镰刀菌基因组学研究进展

禾谷镰刀菌是小麦和大麦生产上一类重大的病原真菌。禾谷镰刀菌全基因组测序的完成,为禾谷镰刀菌功能基因的发掘提供了十分有利的信息。简述了禾谷镰刀菌在基因组学,包括比较基因组学和功能基因组学等领域的研究进展。     

玉米大斑病菌MAPK超家族的全基因组鉴定及途径模型建立

【目的】从全基因组水平鉴定玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）的MAPK超家族基因,并对其进行系统进化、基因结构、多重序列比对及保守位点分析,构建玉米大斑病菌中的MAPK级联途径模型,为深入研究该植物病原菌中MAPK级联途径的功能奠定基础。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索基因组,鉴定并获得MAPK超家族成员序列、基因组定位信息;采用MEGA 5.0软件进行系统进化分析;通过GSDS工具进行基因结构分析;利用ClustalX、MEME工具分析MAPK蛋白激酶区的保守性及保守位点。【结果】在玉米大斑病菌基因组中发现了4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。系统进化分析将MAPK分为Kss1/Fus3、Slt2、Hog1及Ime2 4类;MAPKK分为Pbs2、Ste7及Mkk1 3类;MAPKKK分为Ste11、Bck1及Ssk2 3类。基因组定位及基因结构分析表明,MAPK超家族散布在基因组中,且MAPK基因的结构最为复杂多样,MAPKK次之,MAPKKK结构最简单。多重序列比对与保守位点分析表明,玉米大斑病菌MAPK超家族的激酶结构域均高度保守,其中MAPK具有保守的“-TxY-”磷酸化位点,MAPKK含有保守的“-SD[V/I]WS-”磷酸化位点,MAPKKK含有“-G[S/T][V/P][F/M][W/Y]M[A/S]PEV-”特异性保守位点。【结论】全基因组分析表明,玉米大斑病菌中包括4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。通过系统进化、基因结构及多重序列比对和保守位点分析,在玉米大斑病菌中构建了Fus3/Kss1-homolog、Slt2-homolog、Hog1-homolog和Ime2-homolog 4条MAPK级联途径,其中Ime2 homolog为一条新发现的MAPK级联途径。该信息为深入解析植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。     

Molecular Characterization and SNP Markers of the β-purothionin Gene in Einkorn Wheats

Forty-three gene sequences encoding purothionin were characterized from the three species or subspecies of einkorn wheats. These sequences contained 887 bp, among which 92 SNPs including 29 indel loci were detected, giving an average SNP frequency of one SNP per 9.64 bases. According to these sequences, 5 SNP markers were successfully designed, which were used to mine the variations ofpurothionin genes of 102 einkorn wheat accessions. Based on the 5 detected SNP loci, 102 einkorn wheat accessions could be divided into 21 haplotypes, among which 11 haplotypes contained a single sample. Phylogenetic analysis indicated that the purothionin genes from einkorn wheats were more closely related to those from D genome than B genome. Seven out of the 43 gene sequences were assumed to be pseudogenes by the definition of containing in-frame stop codons and small insertions/deletions leading to frameshift. In the remaining 36 amino acid sequences, the 8 Cys and Tyr-13 loci in the mature thionin domain which played important roles in the biological activities were all conserved, whereas there were some varieties occurred in some other important amino acid residues such as Lys and Arg.     

基于Perl脚本的大豆核苷酸序列高通量提取

自从大豆全基因组测序完成和序列公布之后,阐明每个基因的生物学功能和调控网络成为当前的主要任务。基于Perl脚本开发了一套可以高通量、快速提取序列的程序,该程序可以批量提取大豆染色体某个区间的核苷酸序列并利用其他工具进行批量分析,还可用于某个基因在全基因组中的所有序列分析。本研究分别对大豆第4染色体Glyma04g00930.1～Glyma04g01740.1区间的基因序列和水通道蛋白基因家族成员TIP(液泡膜水通道蛋白)序列进行提取。结果发现:Glyma04g00930.1～Glyma04g01740.1区间共含有112个基因序列;大豆全基因组共有91个TIP基因,在20条染色体上均有分布,且在第12染色体上分布最多,多达10个,暗示该染色体可能对大豆的水分利用效率起着重要作用,基因所含内含子数为1～8个。序列提取所用的2个脚本程序可以从http://www.zlhyd.com/sxbi/soybean_strict.rar下载。     

哈茨木霉对禾谷镰孢病原菌的抑菌活性研究

用3种实验方法研究了哈茨木霉对禾谷镰孢菌的抑制效果,分别是哈茨木霉和禾谷镰孢菌在PDA培养基上的对峙培养,哈茨木霉和禾谷镰孢菌在载玻片上对峙培养,哈茨木霉发酵液的上清液对禾谷镰孢菌的抑菌圈实验,并对培养基、pH值、温度3种培养条件进行了优化。3种实验方法的结果均表明哈茨木霉对禾谷镰孢菌有较强的抑制作用,哈茨木霉适宜生长的条件为培养基PDB,pH值6.0,30℃。     

苹果bZIP转录因子家族生物信息学分析及其在休眠芽中的表达

【目的】鉴定苹果（Malus×domestica Borkh.）基因组上的bZIP基因（MdbZIP）,为研究苹果bZIP转录因子提供相关信息以及在芽休眠过程中的调控作用提供理论参考。【方法】通过Pfam下载bZIP隐马尔科夫模型bZIP_1（PF00170）与bZIP_2（PF07716）,利用HMMER 3.0鉴定苹果bZIP基因。使用Clustal Omega、MEGA6.0、MapInspect、DNAMAN 6.0和MEME4.10.2等软件对其蛋白序列进行生物信息学分析。采用Microarray分析与qRT-PCR技术检测苹果bZIP基因在不同处理下及其在高需冷量品种与低需冷量品种中的表达情况。【结果】鉴定得到120个苹果bZIP基因,与拟南芥的系统进化树分析将苹果bZIP分为10个亚家族（A-I和S）。染色体定位分析显示,109个苹果bZIP不均匀分布于17条染色体上,其中,11个基因无匹配的染色体定位。8号染色体上分布最多（13个）,1号染色体分布最少（1个）,一些染色体区域基因密度较高。基因结构分析表明,MdbZIP基因家族外显子数量0-23个,其中23个基因无内含子,分布于F亚家族（4）与S亚家族（19）,基因结构进化高度保守。保守元件分析表明,MdbZIP基因家族包含30个保守元件：元件1为bZIP保守结构域;在D亚家族发现的元件10与G亚家族发现的14为已知元件,另外多数元件功能未知。通过Microarray分析显示,多个MdbZIP均可能与芽休眠的解除相关。qRT-PCR结果显示在不同品种中A亚家族8个MdbZIP均呈现出ABA诱导表达,而D亚家族中随着冷处理时间延长,在需冷量不同的品种中出现多种表达模式。【结论】苹果bZIP基因家族结构高度保守,在ABA与冷处理下呈现不同表达模式,可能参与调控苹果芽休眠进程。