内质网应激因子NAC089突变体的创建及其对病毒侵染胁迫的响应

 有研究表明烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus, TMV)或黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus, CMV)侵染烟草能够激活转录因子NbNAC089,从ER膜移至细胞核。为进一步阐释内质网应激因子NbNAC089对病毒侵染胁迫的响应机制,利用CRISPR/Cas9技术构建敲除载体,经烟草遗传转染获得NbNAC089基因突变植株。植株接种病毒后采用qRT-PCR检测病毒CP基因和寄主UPR基因的表达。结果表明:CRISPR/Cas9系统定点敲除NbNAC089基因后,目的基因靶位点序列有碱基的置换与缺失。正常生长条件下,转基因植株与野生型无差异。植株接种TMV-GFP后24~96 h,突变体中UPR基因(BiP、bZIP28、bZIP60)的表达量显著高于野生型;接种TMV-GFP后2~6 d突变体中病毒的积累量和扩展速度显著高于野生型。表明NbNAC089为UPR的抑制因子,对病毒增殖具有负调控作用。     

沉默转录因子OsERF7提高水稻对褐飞虱和白背飞虱的抗性

为了解植物中特有的转录因子乙烯响应因子(ethylene responsive factor,ERF)在植物诱导抗虫反应中的作用,通过克隆1个水稻ERF转录因子基因OsERF7,并结合分子生物学、反向遗传学及生物测定,探究其在水稻防御褐飞虱Nilaparvata lugens和白背飞虱Sogatella furcifera为害过程中的作用。结果显示,机械损伤处理与褐飞虱产卵雌成虫为害均能在中后期诱导OsERF7的表达。沉默OsERF7能显著降低水稻上褐飞虱及白背飞虱卵的孵化率,并延长褐飞虱卵的发育历期;与野生型水稻相比,褐飞虱和白背飞虱在沉默突变体品系R1和R30上的卵孵化率分别只有野生型水稻上的62.5%～68.3%和68.0%～76.0%,褐飞虱卵的发育历期则延长0.37～0.45 d。沉默OsERF7不影响褐飞虱产卵雌成虫为害诱导的水稻防御相关信号分子—茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、乙烯(ET)和过氧化氢(H_2O_2)的含量。表明转录因子OsERF7作用于防御相关信号途径的下游,并且负调控水稻对褐飞虱和白背飞虱的抗性。     

8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和抗病过程中的表达分析

 WRKY是植物体内最大的转录因子家族之一, 其成员在植物生长发育和抗逆过程中发挥重要作用。为了解水稻WRKY的功能, 本研究利用蛋白质免疫印迹(western blotting, WB)技术, 检测了8个WRKY转录因子在水稻叶片生长和Xa21介导的抗白叶枯病过程中的表达丰度变化。结果表明:OsWRKY12、43、55和86在苗期表达量较低, 随叶片的生长表达逐步增加;OsWRKY50和84在苗期叶片中的表达量相对较高, 成熟期下降;未检测到OsWRKY40/64和52在叶片中的表达。在Xa21介导的白叶枯病抗性反应中, OsWRKY40/64、50和52受白叶枯病菌诱导表达, OsWRKY84受侵染后表达量上调, OsWRKY12、43、55和86在抗病过程中没有检测到表达丰度的变化。进一步比较这些转录因子在抗、感和对照(Mock)反应中的表达, 发现抗、感反应间蛋白质的表达变化是相似的。研究结果提示:OsWRKY12、43、55和86可能在叶片正常生长中发挥作用;OsWRKY40/64和52可能在水稻-白叶枯病菌互作过程中发挥作用;OsWRKY50和84则在叶片生长和抗白叶枯病过程中都有一定的功能。     

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。     

本氏烟NbWRKY40亚家族转录因子抗病相关功能研究

 植物WRKY类转录因子的IIa亚类广泛参与调控植物的生物胁迫和非生物胁迫过程。本研究根据拟南芥和普通烟中具有抗病和抗胁迫功能的IIa亚类WRKY40转录因子的序列,利用基因同源克隆法,获得本氏烟中NbWRKY40基因。序列分析表明在本氏烟中有5个属于IIa亚类的基因,其序列之间具有高度相似性。qRT-PCR检测发现NbWRKY40基因是受寄生疫霉侵染诱导上调表达的基因,通过VIGS技术研究该类基因在本氏烟中的抗病相关功能,用半活体营养型寄生疫霉进行抗病性试验,结果表明NbWRKY40基因的沉默降低了本氏烟对寄生疫霉的抗性,且在侵染点的细胞坏死程度增强,过氧化氢积累和胼胝质沉积都明显减少。NbWRKY40基因沉默同样降低了本氏烟对死体营养型灰霉菌的抗性。检测NbWRKY40基因沉默后4个不同抗病信号通路下游基因的表达,发现基因沉默导致参与抗病和SA途径的PR1b、PR2b基因受疫霉侵染诱导表达的水平明显下降。综上,推测NbWRKY40基因可能依靠SA介导的信号通路参与调控本氏烟抗病性。     

西瓜噬酸菌MarR家族转录因子Aave_3922的功能研究

 MarR(Multiple antibiotic resistance regulator)家族转录因子是一种广泛存在于细菌及古细菌中的转录抑制子。MarR可通过调控毒力因子的表达来影响病原细菌的致病性,其调控机制独特,在不同菌中存在不同的调控网络。为明确其在西瓜噬酸菌中的功能及信号通路,以西瓜噬酸菌Aac5菌株为研究对象,构建MarR转录因子Aave_3922的缺失突变株及互补菌株,通过对表型及转录水平的测定,初步探究西瓜噬酸菌中MarR转录因子的功能及可能的调控网络。结果显示,与野生型Aac5菌株相比,突变菌株致病能力、生物膜形成能力、体内生长能力均显著下降,互补菌株有所恢复。同时,基因Aave_3922的缺失会显著影响三型分泌系统关键基因hrpX及hrcJ、毒性相关基因trbC、鞭毛及趋化性相关基因fliC及cheA、生物膜相关基因Aave_2620在西瓜噬酸菌中的表达量;与WT-hrpXpGUS相比,ΔAave_3922-hrpXpGUS的启动子活性显著减弱。以上结果表明Aave_3922基因可能通过参与hrpX的转录调控,以及调控生物膜形成来影响西瓜噬酸菌的致病能力。     

哈茨木霉C2H2型转录因子Tha09974功能研究

哈茨木霉Th33菌株能拮抗多种植物病原真菌,具有重要的研究和应用价值。实验室前期研究了哈茨木霉Th33 Gα蛋白基因Thga1的功能,发现Thga1敲除突变株的分生孢子梗和分生孢子量显著减少。对该敲除株和Th33进行转录组测序,发现共有29个转录因子发生显著差异表达。本文选取差异表达量最大的C2H2型转录因子基因Tha09974进行功能研究。构建了Tha09974敲除突变株Δ9974及其回复突变株R9974,对野生菌Th33、Δ9974和R9974分别进行了生长、产孢及拮抗特性检测。结果显示,与野生菌Th33相比,Δ9974的菌落生长速度没有显著差异,菌丝生物量降低了51.5%,产孢量降低了73.6%;Δ9974较野生菌Th33对番茄灰霉病菌Botrytis cinerea Pers.和黄瓜枯萎病菌Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum的生长抑制率分别降低了41.67%和45.15%。R9974和Th33的生长速度、生物量、产孢量及对番茄灰霉病菌的抑制率没有显著差异,对黄瓜枯萎病菌的抑制率低于野生菌Th33,但高于Δ9974。以上结果说明,Tha09974能够正调控Th33的生长、产孢和对病原菌的拮抗能力,并受到Thga1的正调控。本研究为进一步揭示木霉菌的产孢调控机制奠定了基础。     

ERF转录因子及其在植物防卫反应中的作用

 植物防卫反应基因的表达调控是植物防卫反应中的重要环节,而转录因子在转录调控中起着重要的作用。本综述论述了ERF转录因子的结构特征及其功能特性,并结合我们的研究进展重点讨论了它们在植物防卫反应中的调控作用。     

南方根结线虫侵染下罗汉果WRKY转录因子的鉴定分析

为了确定南方根结线虫侵染早期罗汉果植株中与侵染相关的WRKY基因,以接种南方根结线虫7 d后的罗汉果侧根为材料进行转录组测序分析。基于测序序列的Nr、SwissProt注释结果,共鉴定到21个WRKY基因,其中有4个转录因子含有2个WRKY结构域,其余17个转录因子只有1个WRKY结构域。系统发育分析表明,5个WRKY转录因子为第一家族成员,2个为第三家族成员,其余14个为第二家族成员。有8个WRKY转录因子与已报道的根结线虫诱导相关WRKY转录因子同源性较高,初步推测下调表达的SgWRKY2、SgWRKY3和SgWRKY17可能与南方根结线虫的早期侵染有关,它们很可能参与了线虫取食位点与巨细胞形成的复杂调控作用。本研究将为今后阐明根结线虫与罗汉果互作的分子机制提供参考依据。     

南方水稻黑条矮缩病对水稻产量损失及测报因子的初步研究

南方水稻黑条矮缩病是近年来在我国南方稻区新发生的一种重要病毒性病害.本文通过测定水稻品种‘T优272'上该病不同发病程度所对应的产量损失,分别建立了以病丛率、病株率与产量损失率之间的线性回归方程y=1.0270x1-1.363 4(R=0.999 6)、y=1.050 9x2-0.450 8(R=0.999 2).依据回归方程及南方稻区水稻生产实际情况,南方水稻黑条矮缩病在中稻上经济允许水平与成灾水平因子是病丛率4.79％与30.54％或病株率3.81％与28.98％,晚稻上经济允许水平与成灾水平因子分别是病丛率5.06％与30.54％或病株率4.08％与28.98％,中晚稻的绝收水平因子是病丛率79.22％或病株率76.55％.     

苹果树腐烂病菌转录因子VmSte12的鉴定及功能分析

 Ste12是最早在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中发现的一类转录因子。之后在部分丝状真菌中也发现了该类转录因子的存在,并证明其能够参与调控生殖生长以及病原真菌的致病力。然而,苹果树腐烂病菌(Valsa mali)中是否存在该类转录因子以及其功能尚不明确。本研究基于生物信息学鉴定苹果树腐烂病菌中Ste12的同源基因,采用烟草瞬时表达系统进行蛋白亚细胞定位分析,利用酵母单杂技术进行转录激活功能分析,进而利用PEG介导的原生质体转化技术构建基因缺失突变体,并对其进行表型观察与分析。结果表明,苹果树腐烂病菌存在Ste12的同源基因,我们将其命名为VmSte12。该基因编码701个氨基酸,包含Ste同源结构域和C₂H₂锌指结构域。VmSte12定位于细胞核,并具有体外转录激活功能。与野生型相比,VmSte12敲除突变体生长速率平均下降10.1%,分生孢子器数量平均下降94.6%,致病力平均下降27.4%。可见,VmSte12具有Ste12类转录因子特征,并且极有可能在腐烂病菌的生长、繁殖、致病等方面发挥重要作用。     

PstVosA1转录因子基因在调控小麦条锈菌耐高温反应中的生物学功能分析

 小麦条锈病是典型的冷凉生态区气传真菌病害,病原菌在越夏易变区(即秋季菌源基地)的越夏情况决定了冬季繁殖区条锈菌的初侵染菌源。小麦条锈病的发生流行极易受到温湿度关键气象因子的影响。近年来的调查研究发现,我国小麦条锈菌越夏海拔下限逐年下降,且越夏区范围进一步扩大,说明条锈菌耐高温胁迫能力增强,给未来小麦条锈病流行规律研究及制定防治策略带来了全新挑战。真菌特有的Velvet转录因子家族中VosA基因参与了真菌生长发育和次生代谢的调控,但关于该转录因子在条锈菌耐高温性中的作用却知之甚少。实时荧光定量PCR分析发现,温度敏感菌系蓬9和耐高温菌系A4在侵染寄主过程中PstVosA1基因均受高温胁迫诱导表达,但耐高温菌系PstVosA1相对表达水平明显高于温度敏感菌系蓬9。利用寄主诱导的基因沉默技术(HIGS)沉默小麦条锈菌耐高温菌系A4中的PstVosA1基因能显著降低在高温(21℃)接种条件下的平均发病严重度、孢子堆密度和生物量。研究结果说明PstVosA1基因正调控小麦条锈菌耐高温胁迫反应过程,增加该基因的表达水平,有利于增强小麦条锈菌耐高温性。     

云南野生稻和地方稻资源抗白叶枯病分析

为鉴定云南稻种质资源对水稻白叶枯病的抗性情况,于孕穗期采用剪叶接种方法,用水稻白叶枯病强致病型代表菌株BD8438、CN9404和X1接种云南野生稻和地方稻种质资源,以病斑长度大于6 cm为感病分界线,对其抗感表现型进行调查分析。结果显示,共鉴定出来源于云南省不同种植生态区的186份地方稻抗性材料和22个野生稻抗病居群。野生稻对水稻白叶枯病的抗病能力较地方稻强,其中疣粒野生稻的抗性最强,抗病等级为0~2;药用野生稻次之,抗病等级为1~2;普通野生稻相对较差,抗病等级为1~5。地方稻抗性资源来自于云南省各个传统水稻种植区,抗性1级的材料占17%,抗性2级的占2%,抗性3级的占81%;按照稻种质资源亚种类型、粘糯性和水旱性分类,各类型地方稻抗性材料所占比例分别为粳稻占61%、籼稻占39%;粘稻占66%、糯稻占34%;水稻占83%、陆稻占17%。从利用抗白叶枯病基因培育新品种的角度评价,这些抗性资源具有潜在的发掘利用价值。     

拟南芥转录因子IDD4不同突变体对灰葡萄孢菌的抗性分析

为明确IDD家族IDD4基因在拟南芥Arabidopsis thaliana抵抗灰葡萄孢菌Botrytis cinerea侵染过程中的作用,通过统计病情指数检测拟南芥野生型（wild type,WT）植株、过表达植株IDD4-OE和缺失突变体idd4植株感染灰葡萄孢菌情况,利用组织染色检测叶片细胞死亡和H₂O₂的积累情况,采用实时荧光定量PCR（real-time quantitative-PT-PCR,qRT-PCR）技术分析灰葡萄孢菌肌动蛋白基因Bc. ACTIN在3种植株叶片中的表达情况,并施加0.1 mmol/L外源水杨酸（salicylic acid,SA）后测定IDD4-OE植株的病情指数。结果显示,不同株系对灰葡萄孢菌的抗性由高到低依次为idd4＞WT＞IDD4-OE,IDD4-OE植株中病原菌感染部位的寄主细胞死亡程度比idd4植株严重。染色结果表明,病原菌侵染拟南芥后4 h,接种部位已有H₂O₂积累。qRT-PCR反应结果显示,Bc. ACTIN在IDD4-OE中比在idd4植株中的表达水平更高,表明灰葡萄孢菌在IDD4-OE植株中的繁殖速率更快。对IDD4-OE植株外源施加SA后,其病情指数、Bc. ACTIN表达量与WT植株间均无显著差异,说明SA能将感病植株的抗性提高至WT植株的水平,表明IDD4作为负调控因子参与了拟南芥对灰葡萄孢菌的抗性调控,SA在其中发挥着重要作用。     

敲除OsLRR-RLK18基因提高水稻对褐飞虱的抗性

为明确富亮氨酸重复类受体蛋白激酶（leucine-rich repeat receptor-like kinase,LRR-RLK）编码基因OsLRR-RLK18在调控水稻对褐飞虱Nilaparvata lugens防御中的作用及机理,以野生型水稻品系、OsLRR-RLK18基因敲除纯合水稻品系为研究对象,测定不同水稻品系的株高和根长、不同水稻品系对褐飞虱生物学参数的影响及褐飞虱为害后不同水稻品系中防御信号分子含量和防御化合物含量。结果显示,敲除OsLRR-RLK18基因后水稻株高和根长降低,褐飞虱为害后期诱导的茉莉酸、茉莉酸-异亮氨酸和脱落酸含量显著增加,但水稻组成型（未受褐飞虱为害）和为害早期的水杨酸和过氧化氢含量降低,引起水稻多种挥发物组分释放量增加,木质素、对香豆酰腐胺及樱桃苷、刺苞菊苷和大波斯菊苷3种类黄酮含量下降,最终导致褐飞虱卵孵化率和产卵量显著降低。表明OsLRR-RLK18基因参与了水稻对褐飞虱为害的防御反应,在调控水稻对褐飞虱的抗性中发挥着一定作用。