青海东部小麦条锈菌转主寄主小檗资源调查与鉴定

 青海省是中国小麦条锈病的重要流行区。研究证实小檗是小麦条锈菌的转主寄主。然而,关于青海省分布的小檗能否作为小麦条锈菌转主寄主鲜有报道。本研究对青海东部的小檗资源进行调查,并对该地区小檗能否作为小麦条锈菌转主寄主进行了室内人工鉴定。结果表明:有10种小檗在青海东部常见且分布广泛,其中匙叶小檗、置疑小檗、松潘小檗、甘肃小檗和近似小檗,是小麦条锈菌的转主寄主小檗的新种类。本研究对进一步研究青海东部条锈菌有性生殖与毒性变异和小麦条锈病的流行奠定了基础。     

林芝地区小麦条锈菌转主寄主小檗的鉴定与分布

西藏自治区是我国小麦条锈病发生与流行相对独立的一个区系,小麦条锈病是严重影响西藏小麦安全生产的重要病害之一,林芝地区是西藏自治区小麦条锈病重要的常发区和流行区。已有研究证实,小檗是小麦条锈菌的转主寄主之一,并在我国小麦条锈菌致病性变异产生新菌系和小麦条锈病的发生过程中起作用。林芝地区小檗种类较多,但目前对林芝地区小檗是否能作为小麦条锈菌的转主寄主缺乏相关的研究和报道。本文针对小麦条锈病常发区的西藏林芝地区小檗资源进行了调查,对小檗能否作为小麦条锈菌转主寄主进行了鉴定。结果表明6种小檗在林芝地区常见且分布广泛,均是小麦条锈菌的转主寄主。这对进一步研究西藏小麦条锈病的发生、流行与病原菌致变性变异起着重要作用。     

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。     

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。     

甘肃陇南感病小檗在小麦条锈病发生中起提供(初始)菌源作用的直接证据

 陇南是中国小麦条锈菌易变区、小麦条锈病的常发流行区和防治的关键地区。明确陇南小麦条锈菌转主寄主小檗在小麦条锈病发生中的作用,对阐释该地区小麦条锈菌新小种产生的来源和指导小麦条锈病的综合防控具有重要意义。本研究从陇南春季自然受锈菌侵染的堆花小檗及其邻近的小麦上分离获得小麦条锈菌菌系,19个来自发病小檗的单夏孢子堆菌系在中国小麦条锈菌鉴别寄主上产生5个不同毒力类型VP1~VP5,均为新小种;在近等基因系和载体品种组成的鉴别寄主上产生17个不同毒力类型。29个来自邻近发病小檗的小麦上条锈菌菌系在中国小麦条锈菌鉴别寄主上产生了10个不同的毒力类型VP1~VP10,均为新小种;在近等基因系和载体品种组成的鉴别寄主上产生了24个不同的毒力类型。两个小麦条锈菌群体享有共同的毒力类型VP1~VP5,同时来自发病小檗上菌系的一些毒力类型不同于小麦上的毒力类型。主坐标分析(PCoA)和毒性表型聚类分析表明来自于自然受锈菌侵染小檗及其邻近小麦上的小麦条锈菌存在菌源交流。综合研究表明在自然条件下,陇南小麦条锈菌在野生感病小檗上进行有性生殖是常年发生的,感病小檗在新小种产生和在陇南小麦条锈病的发生中起提供菌源的作用。因此,在陇南小麦条锈病的综合治理策略上加强对小檗的处理,降低新小种产生速率和品种抗性丧失速率,从而延长品种使用年限,同时减少新小种向东部广大麦区传播,保障小麦生产安全。     

小麦条锈菌转主寄主小檗(Berberis germanensis)的人工接种鉴定

正条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f.sp.tritici),简称小麦条锈菌,是引起小麦条锈病(wheat stripe rust or yellow rust)的病原菌。近年通过人工室内接种证实小檗(Berberis spp.)是小麦条锈菌的转主寄主~([1]),由此揭示了小麦条锈菌是具有性、锈、夏、冬和担孢子5种孢子类型的全孢     

源自陕、甘野生小檗的小麦条锈菌有性生殖后代的毒性分析

 小麦条锈病是我国最具毁灭性的小麦病害之一,其流行常常造成小麦严重减产。种植抗病品种是防治该病害最经济、有效和环保的措施。但是,由于新毒性菌系的出现,抗病品种在种植短短数年内便“丧失”其抗病性。研究证实病原菌毒性变异产生新菌系是导致小麦品种抗病性“丧失”的根本原因。近年来,随着小麦条锈菌转主寄主小檗的确定,发现自然条件下我国小麦条锈菌在野生小檗上可以完成有性生殖。本研究通过对2015年自然发病小檗小麦条锈菌的分离及其单夏孢子堆纯化,利用中国鉴别寄主进行了毒性测定分析。从陕西、甘肃两省的3种感病小檗共分离获得小麦条锈菌菌系8个,其中有1个菌系与已知小种Su11-126的毒性完全匹配,其余7个为新菌系;93个单夏孢子堆群体可分为47个不同的致病类型,包括14个已知小种类型,33个新小种类型;有56个菌系与已知小种的毒性完全匹配,37个为新小种。本研究再次获得了条锈菌自然条件下存在有性生殖并因此导致新菌系产生的证据,证实了野生小檗在我国小麦条锈菌的生活史和病害循环中具有作用。     

小麦条锈菌有性生殖与毒性变异的研究进展

小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型Puccinia striiformis f.sp.tritici Erikss.et Henn.引起的、最具毁灭性的小麦真菌病害之一,在全世界小麦种植的国家或地区均有发生,其流行常常导致小麦严重的产量损失。利用抗病品种是防治小麦条锈病最为经济、有效的措施。然而,由于病原菌毒性变异不断产生新小种,频繁导致品种抗病性"丧失",继而引发病害流行成灾。小麦条锈菌的有性阶段过去一直未被发现,有性生殖与条锈菌变异及其在病害发生中的作用研究一直处于空白状态。近年来,随着小麦条锈菌转主寄主的发现,国内外学者开展了相关的研究工作,取得了一系列重要的研究进展。本文综述了小麦条锈病的发生症状、病菌的生物学特性、转主寄主、有性生殖与条锈菌毒性变异、转主寄主在条锈病发生中的作用、影响有性生殖发生的因素等方面的最新进展,并展望了深入开展小麦条锈菌有性生殖的研究思路。     

两种唐松草鉴定为小麦叶锈菌的转主寄主

 引起小麦叶锈病的小麦叶锈菌(Puccinia triticina)是转主寄生菌,其转主寄主主要为唐松草属(Thalictrum)种类,也包括扁果草属(Isopyrum), 牛舌草属(Anchusa), 铁线莲属(Clematis)和蓝蓟属(Echium)的个别种类。然而,迄今,中国仅有亚欧唐松草和瓣蕊唐松草被报道为小麦叶锈菌转主寄主。本文对采集于陕西的东亚唐松草(T. minus var. hypoleucum)、甘肃的贝加尔唐松草(T. baicalense),通过人工接种小麦叶锈菌确定它们是否能够作为小麦叶锈菌的转主寄主。同时,本文作者收集自然条件下贝加尔唐松草组织上受侵染产生的锈子器样品,通过其ITS区序列分析以确定小麦叶锈菌的有性循环是否在田间条件下发生。结果表明,小麦叶锈菌的担孢子均可侵染东亚唐松草和贝加尔唐松草,完成其性子器和锈子器阶段,产生的锈孢子可侵染感病小麦产生夏孢子堆,从而证实东亚唐松草和贝加尔唐松草均可作为小麦叶锈菌的转主寄主。来自贝加尔唐松草22个锈子器样品的ITS区序列比对,表明其与NCBI网上提交的小麦叶锈菌享有95%~96%的序列同源性。由此推测,自然条件下,中国小麦叶锈菌可能侵染感病唐松草完成有性循环。     

基于基因混池测序技术的小麦条锈菌对三唑酮抗性位点相关分析

为探究小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici对三唑类杀菌剂产生抗药性的相关机理,以小麦条锈菌抗药性菌株YQ324与敏感性菌株贵1-2在转主寄主堆花小檗Berberis aggregata上构建的有性遗传群体为材料,通过离体叶段法对F₁代杂交及F₂代自交后代的夏孢子群体进行三唑酮敏感性生物学测定,并在F₂代夏孢子群体中筛选20株抗药性菌株和20株敏感性菌株分别构建DNA抗、感池。在对抗、感混池进行高通量测序之后,通过质量检测和数据分析得到2个极端混池中的变异信息。根据ΔIndex为1的筛选标准在小麦条锈菌中鉴定出67个与三唑酮抗性显著相关的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）位点;利用SNPEff软件对这些SNP位点引起氨基酸非同义突变所在的基因序列进行功能注释,最终在pcontig_030上筛选到Pst104E_09436和Pst104E_09437这2个基因作为小麦条锈菌对三唑酮抗性相关的候选基因。     

外源茉莉酸甲酯诱导小麦抗条锈病的研究

 本文探讨了不同浓度茉莉酸甲酯(MeJA)对小麦抗病性的诱导作用,同时电镜观察了不同浓度MeJA对小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp. tritici)与寄主细胞超微结构的影响。结果表明,2.00 mmol·L^-1 MeJA对小麦条锈病的诱导抗性效果最好,可达到35.87%,而0.50 mmol·L^-1 MeJA在小麦条锈菌夏孢子开始萌发4 h时呈显著抑制作用。经外源MeJA处理后,条锈菌的胞间菌丝、吸器母细胞和吸器的发育明显受到抑制,其中侵染位点的叶肉细胞呈抗性症状。因此,MeJA可使小麦幼苗产生诱导抗性从而提高其抗病性。     

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。     

条锈菌效应子Pst30抑制植物的胼胝质和活性氧积累

 条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst)导致的小麦条锈病严重威胁着我国的小麦生产安全。解析病菌的致病机理,对开发病害防控技术与策略具有重要的指导意义。研究发现效应子是病菌重要的致病因子,揭示效应子调控寄主免疫机制可加深对病菌的认知。本课题组前期在全基因组筛选条锈菌效应子中获得了一个候选效应子基因Pst30,该基因所编码的蛋白N-端含有分泌肽,无明显功能结构域。qRT-PCR分析显示Pst30在条锈菌侵染小麦后12 h诱导表达,72 h诱导表达至高峰。利用农杆菌侵染在烟草中瞬时表达Pst30^ΔSP-GFP融合蛋白,发现Pst30^ΔSP定位在细胞质。在烟草中瞬时表达该效应子能够显著抑制Bax诱导的细胞坏死。利用细菌的Ⅲ型分泌系统在小麦中瞬时表达Pst30,能够抑制荧光假单胞杆菌引起的胼胝质积累,导致由无毒性条锈菌小种CYR23引起的小麦过敏性坏死面积和活性氧积累减少,菌丝面积和长度增加。推测小麦条锈菌效应子Pst30可抑制寄主植物的PTI(PAMP-triggered immunity, PTI)和ETI(Effectors-triggered immunity, ETI),促进自身的侵染。