稻曲病菌致病机制研究进展

 稻曲病是一种水稻穗部病害,在世界各水稻主产区均有发生,已成为世界性病害,在我国也属于水稻主要病害之一。稻曲病的发生严重影响水稻产量和稻米品质。研究其病原菌致病机制,对找寻防治药物的特异性靶标具有重要作用,可为抗病分子育种提供新的思路,为稻曲病菌防治药剂研发提供新的靶标。本文综述了稻曲病菌侵染过程、致病相关基因功能研究、水稻响应稻曲病菌侵染等方面的研究进展,提出进一步研究的策略。现有研究表明,稻曲病菌能成功侵染水稻孕穗期雄蕊的花丝引起发病。病原菌可通过抑制多个水稻免疫途径实现成功侵染;还可模仿胚珠受精激活水稻灌浆、糖代谢等途径为稻曲球的形成提供营养物质;全基因组测序完成和基因编辑技术在基因敲除中的成功应用,为稻曲病菌功能基因研究提供了很好的基础。稻曲病菌独特的侵染过程和营养利用机制是未来研究的重要方向。     

稻曲病菌抗血清的制备及其应用初探

 由Ustilaginoidea virens(Cooke) Takahashi侵染引起的稻曲病,已上升为我国水稻生产的主要病害之一,其病原菌产生的毒素可危害人们的健康。虽然至今国内外已对稻曲病开展了较多的研究,但对一些与防病控害有关的关键问题,如稻曲病菌的侵染位点与侵染过程,水稻生长季节,稻曲病菌的厚垣抱子、子囊抱子和薄壁分生抱子在田间的分布与作用等问题,至今仍不清楚。     

Ustilaginoidea virens在自然发病水稻植株体内分布情况的检测

水稻稻曲病(rice false smut)近年来在我国长江中下游地区和东北地区发生趋于严重,已经上升为水稻生产的主要病害之一,但是关于该病害的侵染方式尚存在争议。本研究以稻曲病菌线粒体核酸序列为检测靶标,建立了一套更加简便快速的PCR检测体系,并通过该检测体系对常发病田内30 d秧龄移栽后35 d的苗期水稻植株以及灌浆期发病植株体内稻曲菌的分布情况进行了检测。研究结果表明,所建立的检测体系具有较好的特异性,灵敏度可达到1 pg水平。对移栽后35 d的苗期样品和灌浆期病株不同组织进行检测发现,在苗期水稻的根和叶鞘组织以及灌浆期发病植株的茎组织中,均可检测到稻曲菌。该结果为稻曲病菌在水稻不同发育时期、不同组织内的分布情况提供了直接的分子证据,并为稻曲病侵染过程的进一步研究以及大田防治策略的制定奠定了基础。     

稻曲病菌bZIP转录因子UvbZIP12的功能研究

 稻曲病是由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)侵染水稻穗部引起的真菌病害,严重影响稻米的产量和品质。bZIP转录因子参与多种植物病原菌的生长发育和致病过程。稻曲病菌中有28个bZIP转录因子,但其具体功能尚未被研究。本研究对bZIP转录因子UvbZIP12在稻曲病菌生长发育和致病过程中的功能进行分析。稻曲病菌接种水稻后,UvbZIP12基因表达量逐渐升高,在接种后3 d和5 d时具有最高表达量。对UvbZIP12基因的敲除转化子分析发现,敲除转化子ΔUvbZIP12在PSA、PDA、YTD培养基上生长速率显著加快,菌丝干重显著增加;产孢量减少;对NaCl和sorbitol的耐受性增强,对SDS、CR、CFW和H₂O₂的耐受性减弱;对水稻的致病力无明显变化。结果表明,稻曲病菌UvbZIP12参与调控生长发育和对非生物胁迫的耐受性,但不参与致病。     

稻曲病菌成灾机制与防控技术研究进展

过去数十年来我国稻曲病的发生一直呈不断加重趋势,并逐渐由一个水稻次要病害发展成为一个水稻主要病害。最近不断强化的针对稻曲病成灾机制和防控技术的研究有了新发现和新观点。稻曲病菌主要侵染水稻花期的花丝等细胞壁相对疏松的组织,细胞外扩展。我国长江中下游地区稻曲病的加重与稻曲病菌菌核生成密切相关,菌核在其生活史中发挥了重要作用,可能是其主要的初侵染源。目前水稻孕穗初期使用杀菌剂是最为有效的稻曲病防控措施。未来对其生活史深入持续的研究是稻曲病发生流行中长期预测预警的重要前提。     

水稻幼穗与Ustilaginoidea virens互作早期的转录组分析

 由子囊菌门真菌稻绿核菌Ustilaginoidea virens引起的稻曲病是世界范围内水稻生产上的重要病害之一。但是,对水稻抗稻曲病的抗性机制仍不清楚。为初步探明水稻与稻曲病菌之间互作早期的分子调控机制,本研究采用比较转录组测序技术对稻曲病菌接种抗病品种‘IR28’和感病品种‘两优培九’(LYP9)6 h的测序数据进行了分析,试图初步阐明水稻抗病分子机制。分析发现,在抗病和感病品种中均差异表达基因有1 005个共表达,在这些基因中,抗病品种中表达上调基因(697个)多于感病品种中表达上调的基因(626个),下调的基因(308个)少于感病品种中下调表达的基因(379个);随后通过GO富集和KEGG代谢途径分析,发现苯丙烷类代谢途径和双萜植保素合成途径相关的基因、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶、糖基水解酶和过氧化物酶等基因在抗病品种中被显著诱导上调表达,而在感病品种中基因表达低于抗病品种或下调表达,推测这些基因很可能在水稻与稻曲病菌识别早期发挥重要的抗病作用。该研究结果可为水稻抗稻曲病基因克隆及抗稻曲病分子育种提供理论基础。     

来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌的致病性及遗传多样性

 本研究从源于6穗稻曲病穗的48个稻曲球中分离获得稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）48株,从3个稻曲球的不同部位分离获得稻曲病菌23株。用注射接种法将菌株分别接种到水稻品种两优培九（感病品种）、淮稻5号（中抗品种）和武育粳3号（抗病品种）上,结果显示分离的菌株致病力分化较大,而菌株在水稻品种上的致病力强弱与已知水稻品种对稻曲病菌的感、抗性趋势基本一致。相同孢子量接种水稻,不同分离菌株之间仍有致病力分化,生长速率测定也发现菌株之间可能存在差异。利用REP PCR (repetitive extragenic palindromic sequence PCR)技术进行菌株遗传多样性分析表明,同穗不同稻曲球分离的菌株中,1号穗分离的4个菌株聚在同一簇群,其余5穗的菌株分别聚在3～5个簇群;同一稻曲球不同部位分离的菌株中,一个稻曲球分离的8个病菌聚在同一簇群,而其余2个稻曲球分离的病菌则分别聚在2～3个簇群。由此推测同一稻穗上不同稻曲球可能是由来源不同的稻曲病菌侵染所形成;而一个稻曲球可以由同一稻曲病菌引起,也存在多个侵染源共同侵染的可能。     

水稻品种构成对稻曲病菌遗传结构影响的初步研究

由稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）引起的病害是当前限制我国水稻优质高产的重要病害之一。家畜食用被稻曲病菌厚垣孢子污染的谷物可导致中毒。近20年来，稻曲病防治主要以喷施化学农药为主。研究品种布局对稻曲病菌群体结构的影响，有助于了解病害的发生规律及提出有效的病害防治策略。本文初步分析了稻曲病菌群体结构与水稻品种构成的关系。     

稻曲病菌Six1类效应蛋白UvSix1-1的功能研究

 稻曲病菌在侵染过程中会分泌大量的效应蛋白来帮助其侵染。本研究鉴定到一个稻曲病菌效应蛋白UvSix1-1,同源序列比对及系统发育分析发现其具有Six1蛋白保守的氨基酸位点,并与多个病原菌中的Six1蛋白具有同源性。进一步研究发现UvSix1-1可以抑制Bax、XEG1和INF1引起的烟草叶片细胞坏死,并且其预测的信号肽区域具有分泌功能,在烟草上瞬时表达UvSix1-1可以促进辣椒疫霉的定殖。对不同稻曲菌株中的序列进行分析,没有发现序列多态性,说明该基因非常保守。以上研究结果表明,UvSix1-1在病原菌侵染过程中发挥作用,研究结果为稻曲病菌效应蛋白的研究提供参考。     

瓜类果斑病菌致病基因及靶标基因的预测

哈密瓜果斑病是严重危害瓜类的种传细菌性病害,其病原菌为嗜酸菌属西瓜种(Acidovorax citrulli)。本文首先用Bioedit软件建立瓜类果斑病菌全氨基酸序列本地资源库,运用比较基因组学的方法,通过大量查找嗜酸菌属、欧文氏菌属、假单胞菌属、黄单胞菌属、劳尔氏菌属、土壤杆菌属、木质部小菌属中的致病基因和参考文献中已报道的致病基因,下载相关致病基因的氨基酸序列,与瓜类果斑病菌的全氨基酸序列进行localblast,取E<10-5的为候选基因,得到果斑病菌中与致病性相关的基因,并对未知蛋白进行产物预测。同时,根据已经公布的靶标基因,用同样的比对方法,得到果斑病菌中潜在的靶标基因。本研究通过保守估计,得到77个致病性相关蛋白,预测了其中7个未知蛋白的产物,得到46个靶标蛋白。致病基因和靶标基因的分析预测,对以后研究此类基因提供了指导作用,为更好地防治该病害提供了理论基础。     

稻曲病菌侵染对水稻小穗发育的影响及H_2O_2的变化趋势

稻曲病是由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)侵染引起的水稻穗部病害,在全世界不同稻作区均有发生,并在近年呈加重趋势。本研究通过水稻穗期接种后的显微观察及H_2O_2检测,分析了稻曲病菌侵染引起的小穗结构变化及侵染过程中H_2O_2变化趋势。结果表明,稻曲病菌侵染会导致水稻花粉粒畸形、雌蕊发育受抑制、小穗无法正常扬花授粉,抑制谷粒的正常形成,造成稻曲球及白色秕粒的产生。受侵染小穗的H_2O_2含量显著高于对照,其中处于突破颖壳期的受侵染小穗H_2O_2含量是对照的7倍;形成白色秕粒的小穗H_2O_2含量是对照的11倍;二氨基联苯胺染色结果显示,形成稻曲球的小穗中,在受侵染小穗的花药基部、花药顶端、浆片等部位颜色变深,形成H_2O_2富集区;形成白色秕粒的小穗中,H_2O_2富集的特征更为明显,富集区域与病菌在小穗内的侵染途径密切相关。     

新疆部分地区苹果、核桃和杨树腐烂病的病原鉴定

 树木腐烂病在新疆主林果种植区均有不同程度的发生,近年呈加重趋势。本研究在调查了新疆阿克苏、和田、伊犁、喀什和库尔勒等地区苹果树、核桃树和杨树3种林果腐烂病田间发病情况的基础上,重点对14个样本点的样品进行病原物的分离与鉴定。结果表明,各样本点3种林果均有不同程度的腐烂病发生,分离鉴定结果为引起苹果树腐烂病病原菌主要为Valsa mali var. mali(分离频率为64.5%),其次是V. mali var. pyri(25.8%)、V. malicola(3.2%)和V. nivea(6.5%);引起核桃树和杨树腐烂病病原菌为V. sordida(分离频率为83.3%和96%)和V. nivea(分离频率为16.7%和4%)。离体枝条及苹果果实上的致病性测定结果表明,3种林果上分离得到的病原菌均能感染原寄主。引起新疆部分地区苹果树腐烂病的主要病原菌是Valsa mali var. mali,核桃树和杨树腐烂病的主要病原菌是V. sordida。同时,基于实际生产中存在感病枯死杨树枝干作为苹果园、核桃园树体支撑木的现象,推测3种林果腐烂病菌间可能存在交叉感染的潜在风险。     

人工培养基上稻曲病菌拟菌核诱导的初步研究

 稻曲病菌在水稻孕穗期侵染水稻小花,在水稻灌浆后期只在个别稻曲球上形成菌核。因此,稻曲病菌菌核分化与发育基因功能研究的相关试验难度较高。为了探究稻曲病菌在人工培养基上能否形成菌核,本文利用低温或杀菌剂环境对稻曲病菌进行了筛选。结果发现,在81个菌株中有13个在人工培养基上形成拟菌核组织,且它们可在低温处理时稳定地产生拟菌核组织。这些拟菌核组织在结构上与菌核类似,但体积较小且组织较为疏松,无法像菌核一样越冬和完成有性生殖。     

稻曲病菌有性生殖中光诱导基因的转录组分析

稻曲病菌(Villosiclava virens)能够以菌核的形式安全越冬并在来年萌发产生子囊孢子,成为稻曲病菌的重要初侵染源;而菌核产生子实体的过程需要光的诱导。为了探索光诱导的分子机制,本文对不同光照处理条件下稻曲病菌菌核萌发过程的转录组学进行了比较分析。结果发现,与黑暗条件下菌核的萌发相比,光照处理后542个基因显著差异表达,其中上调359个,下调183个。GO富集分析发现,DEGs显著富集于糖基水解酶活性、细胞壁生物合成、氧化还原酶活性等。KEGG分析发现,DEGs显著富集于脂质代谢、氨基酸代谢、次生代谢产物合成等代谢通路。DEGs中子实体独有基因组氨酸激酶为光感受器,其响应光信号引起下游基因的表达,同时,与有性生殖过程相关的水通道蛋白和甲基转移酶蛋白编码基因表达活跃,共同调控了菌核萌发产生子实体过程。     

稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。