十字花科植物黑斑病的研究进展

十字花科植物黑斑病是由死体营养型致病菌链格孢属(Alternaria spp.)真菌侵染引起的重要病害之一。链格孢菌侵染植物的过程,首先通过释放毒素诱导侵染处植物细胞的程序性死亡,再通过细胞壁降解酶分解死亡的细胞。同时,植物也会通过激发先天性免疫反应,调节植物内源激素和植物抗毒素等分子抵御病菌的侵染。本文重点综述了链格孢菌侵染十字花科植物过程中,双方在基因组(致病和抗病基因)、转录组(调控因子)、代谢组(毒素和抗毒素)和蛋白组(酶类)等方面的相关变化及其作用机制,以期为培育抗黑斑病的十字花科蔬菜提供有价值的参考。     

水稻稻曲病污染、毒素分析与防控技术研究

水稻稻曲病是由稻绿核真菌引起的一种常见的水稻病害,稻曲病菌形成的稻曲球不仅影响水稻的产量和稻米质量,更为严重的是稻曲病菌分泌产生的真菌毒素对人畜的生长发育具有显著的毒害作用。本文主要阐述了水稻稻曲病的污染概况,稻曲球中毒素的种类和危害、毒素的分布、毒素的分离制备、鉴定与检测以及稻曲病防控阻断措施等方面的研究进展,以期为稻曲病持续深入的研究提供理论基础和技术支撑。     

采用Nested -PCR从田间和水稻植株上检测稻曲病菌

采用稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)的特异性引物，对从发病程度不同的稻田土样、水稻（Oryza sativa）生殖生长初期稻田浮萍(Lemma ssp.)和水稻植株的DNA进行Nested PCR扩增，分析稻曲病菌在稻田的存在和在植株上的附着和侵染，结果显示在稻田中稻曲病菌可以附着在浮萍上，从第一年种植水稻田块的土壤中未检测到稻曲病菌，但在稻田中的浮萍上可以检测到；水稻生殖生长初期剑叶的叶耳间已有稻曲病菌附着和侵染。实验证明PCR技术可以有效地检测田间稻曲病菌。关键词：稻曲病菌(Usitilaginoidea virens); 检测; Nested PCR     

转GhB301基因棉花响应枯萎病菌侵染的转录组分析

乙烯响应因子(ethylene responsive factor, ERF)可以激活或者抑制下游病程相关蛋白基因的表达,在植物抗病信号转导途径中发挥着重要作用。为探究ERF-B3亚组基因GhB301在棉花抗枯萎病中的分子调控机制,本研究利用已获得的转GhB301基因棉花株系,通过孢子悬浮液蘸根的方法对转GhB301基因棉花株系(N)和野生型对照(WT)进行接菌处理,抗病性鉴定结果表明,过表达GhB301的N株系增强了对枯萎病的抗病性,其病情指数为14.77,显著低于WT(病情指数为37.50);枯萎病菌侵染0、6、12、24、48 h后,利用RNA-seq技术对N和WT的根部组织进行测序分析,共得到273 111 170个clean reads,其Q30均大于87.64%,将clean reads与陆地棉参考基因组TM-1比对,获得了14 021个差异表达基因(DEGs)。与WT相比,转基因株系能够在病原菌侵染后更快速地做出响应。GO及KEGG富集分析发现共有135个DEGs参与氧化还原过程,67个DEGs参与防御反应,31个DEGs参与苯丙烷类生物合成,推测这些DEGs可能与转基因棉花的枯萎病抗性增强存在密切关系。本研究结果为阐明GhB301基因响应棉花枯萎病菌侵染规律奠定了基础。     

大豆孢囊线虫大豆和烟草群体的转录组比较分析

大豆孢囊线虫(Heterodera glycines,soybean cyst nematode,SCN)为植物专性内寄生线虫,主要危害大豆(Glycine max)等豆科植物,烟草(Nicotiana tabacum)是其非寄主。但近年来,本课题组在山东地区发现一个特殊的SCN群体(简称SCN_T),其可以寄生烟草,但对大豆的致病性很差。为揭示SCN_T与普通大豆孢囊线虫群体(SCN)对同一寄主致病性存在显著差异的分子机制,本研究采用Illumina平台Hi Seq~(TM)2500高通量测序技术对两个群体的2龄幼虫(second stage juvenile,J2)进行转录组测序和生物信息学分析,并采用q RT-PCR对转录组测序结果进行验证。结果表明,SCN和SCN_T共检测出1 628个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中1 347个基因在SCN_T中上调表达,281个下调表达。对DEGs进行基因本体(Gene Ontology,GO)分析发现,被注释到分子功能的核糖体结构组成的DEGs数目最多,高达284个;其次是生物学进程的翻译过程,为211个;京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析表明,639个DEGs定位到277个代谢途径分支,其中参与到核糖体和氧化磷酸化途径的差异基因最多。另外,与线虫生长发育和寄生相关的代谢途径以及一些编码食道腺细胞分泌蛋白的DEGs同样被显著富集。q RT-PCR分析数据与转录组测序结果相关性较好(R~2=0.98),说明转录组测序数据可靠。本研究首次研究了不同致病力群体SCN和SCN_T在转录水平上的差异,为进一步解析SCN致病性差异形成的分子机制提供科学依据。     

宁明县水稻稻曲病的发生规律与综合防控策略分析

水稻稻曲病作为水稻生产中较为常见的一类病害,不仅对水稻结实率和千粒质量有较大影响,其病菌中所含的毒素还会致使人畜慢性中毒,严重威胁人们的身体健康。因此,应采取有效措施防治水稻稻曲病。基于此,结合稻区的水稻生产实际情况,对水稻稻曲病的发生规律进行探究,并提出切实可行的防控策略,有效防止稻曲病发生,降低稻曲病对水稻的影响,在促使水稻优质高产、经济效益提高的同时,为人们的食品安全提供保障。     

拟南芥生态型Tor-1根系响应镉的转录组学与可变剪接分析

  【目的】  研究拟南芥生态型根系对镉 (Cd) 的适应性机制，挖掘耐Cd基因，为培育修复型植物提供生理基础和理论指导。  【方法】  本研究以高Cd积累同时高耐受性的拟南芥生态型Tor-1为试验材料，测定Cd处理后根系的生理变化、氧化应激反应、抗氧化酶活性，结合转录组学和可变剪接分析，以期从分子水平上解析Tor-1根系对Cd的适应性机制。  【结果】  Cd处理后，拟南芥生态型Tor-1的主根长度和根尖数没有明显差异，但根系总体积、总表面积显著降低，总根长极显著下降，表明根系受到损伤；根系丙二醛浓度较对照有所增加，但变化不显著；脯氨酸浓度显著下降；超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性显著增加。基因本位论 (GO) 富集分析显示，在生物过程中，差异表达基因 (DEGs) 在代谢过程和对化学物质的反应功能富集最为显著；在细胞组分中，DEGs在细胞外组分功能显著富集；在核酸功能中，DEGs在氧化应激活性和血红素结合功能显著富集。京都基因和基因组百科全书 (KEGG) 通路表明，高比例诱导的DEGs富集于7条KEGG途径，分别为苯丙素生物合成 (4.49%)、次生代谢物的生物合成 (14.45%)、代谢途径 (20.57%)、硫代葡萄糖苷 (GS) 生物合成 (0.89%)、谷胱甘肽 (GSH) 代谢 (2.04%)、苯丙氨酸和酪氨酸及色氨酸的生物合成 (1.39%)、苯丙氨酸代谢 (1.14%)。在Cd胁迫下，Tor-1根系苯丙素合成与代谢和GSH代谢相关基因表达大部分显著上调，而GS合成相关基因表达受到抑制，并发生可变剪接事件，其中内含子保留事件发生最多。  【结论】  Tor-1根系在应对Cd胁迫时虽然根系形态受到一定损伤，但可通过增加抗氧化酶 (SOD、CAT) 活性减轻镉胁迫产生的危害，并积极通过调节苯丙素合成与代谢、GSH代谢以及抑制GS合成对应的基因来减轻Cd对植物的伤害，还可通过可变剪接来积极适应Cd胁迫。     

大豆抗胞囊线虫4号小种转录组测序及分析

大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)(Heterodera glycines)是一种世界性的大豆(Glycine max)病害.本研究以抗SCN4号生理小种的黑豆为研究对象,对大豆胞囊线虫侵染后的两个发育时期进行转录组测序和生物信息学分析,宏观了解大豆的抗病机制.通过Illumina HiSeqTM2500测序共获得1.96× 1010 bp的数据.经过分析后,接种后第9天(第一时期)和接种后第17天(第二时期)分别得到2 180个和4 210个差异表达基因,同时,对差异表达基因进行基因本体(Gene Ontology,GO)注释,蛋白质直系同源簇(Clusters of Orthologous Groups of proteins,COG)注释,结果显示,GO注释和COG注释分别将差异表达基因分为了58和25个功能类别.另外,京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析结果表明,可将两个时期的差异表达基因分别定位到83和105个具体的代谢途径分支.其中,参与到激素信号转导途径,苯丙氨酸代谢,能量代谢等过程中的差异基因最多,这些数据为进一步筛选抗病关键基因及功能验证等研究提供了依据.     

携带不同抗白叶枯病基因的水稻防卫基因pal和chs的转录特征

用水稻抗白叶枯病基因近等基因系材料和转基因系材料,研究了水稻－白叶枯病菌互作中,水稻防卫基因ｐａｌ与ｃｈｓ的转录特征。Ｎｏｒｔｈｅｒｎ检测结果显示,在与白叶枯病菌非亲和性互作中,水稻ｐａｌ基因和ｃｈｓ基因的转录均受到白叶枯病菌的诱导;而亲和性互作中,水稻中这两种基因的转录均不受到诱导或只是受到很微弱的诱导。表明由ｐａｌ和ＣＨＳ调控的苯丙烷核心反应的启动,产物的合成,有助于增强水稻对白叶枯病菌的抗性     

60Co-γ射线辐射水稻小RNA测序变异分析

为探讨γ射线辐射引起水稻损伤效应的小RNA变异,采用0、300和400 Gy的⁶⁰Co-γ射线辐射处理水稻高粳糯种子,利用Illumina HiSeq^TM 2500高通量测序平台对辐射后的高粳糯三叶期叶片进行小RNA测序。结果显示,0 Gy(对照)组共获得7 395 578个小RNA,254个已知miRNA成熟序列,26个新miRNA成熟序列;300 Gy剂量组(Gy3)共获得10 315 701个小RNA,265个已知miRNA成熟序列,29个新miRNA成熟序列;400 Gy剂量组(Gy4)共获得6 469 869个小RNA,261个已知miRNA成熟序列,29个新miRNA成熟序列。GO富集分析显示,Gy4 vs CK组差异miRNAs对应的候选基因富集到生物过程、细胞组分和分子功能三大类共58个小类,其中涉及分子功能的基因最多。Gy3 vs Gy4组差异miRNAs对应的候选基因富集到生物过程和分子功能两大类共7个小类,以离子结合、过渡金属离子结合和氧化还原酶活性占主要比例。KEGG富集分析显示前20条显著富集途径,Gy3 vs CK组差异miRNAs对应的候选基因富集到植物病原互作最高,富集最显著的是植物昼夜节律。Gy4 vs CK组差异miRNAs对应的候选基因组富集到代谢途径最高,富集最显著的是甘油磷脂代谢和醚脂类代谢,Gy3 vs Gy4组差异miRNAs对应的候选基因富集到甘油磷脂代谢、真核生物的核糖体发生和内吞作用三个途径最高,富集最显著的是醚脂类代谢。本研究从RNA水平为辐射诱变水稻引起当代的苗期损伤效应提供了新见解。     

基于RAPD标记的福建省稻曲病菌遗传多样性分析

为了解福建省稻曲病菌群体的遗传多样性和遗传组成,应用随机扩增多态性RAPD (random amplified polymorphic DNA)技术分析了来自福建省不同水稻种植区的102个稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)的遗传多样性.从100条随机引物中筛选出10条扩增带清晰、重复性好的引物进行稻曲病菌多态性扩增,共扩增出157条带,多态性条带比率为82.17％,遗传距离变化范围为0.02～0.67.遗传多样性分析表明,福建省稻曲病菌具有丰富的遗传多样性,相对于其它地区而言,福建闽西地区分离的菌株遗传多样性水平最高PPB=76.43,H=0.2212,I=0.3383),晚稻分离的菌株群体遗传多样性(PPB=91.08,H=0.2402,I=0.3655)高于早稻群体(PPB=63.06,H=0.1892,I=0.2870).聚类分析显示,在遗传距离0.349水平上,供试的所有菌株可被划分成7个遗传聚类组(R1～R7),聚类组R1为优势聚类组,包含有80个菌株,其内又存有一些亚组.这些菌株的聚类与菌株的地理来源及水稻品种无明显相关性.但是在遗传距离0.330水平上,来自宁化的10个菌株可被明显划分成早稻群体和晚稻群体.初步分析认为菌株的地理来源、水稻品种及其生长季节是影响福建省稻曲病菌遗传多样性的主要因素,在稻曲病菌的遗传变异以及该病的发生和流行中可能起重要的作用.     

家种羌活主要化合物生物合成途径的转录组学研究

羌活是我国传统常用大宗药材，以根茎及根入药，前期研究发现其根茎中以羌活醇和异欧前胡素为代表的次生代谢产物含量显著高于根。为探究其生物合成途径及调控机制，本研究利用RNA-seq和转录组学分析手段，以根为对照，对比分析家种羌活根茎中基因的差异表达。结果表明，1 222个差异表达基因（DEGs）显著富集于苯丙烷生物合成、植物病原体相互作用、植物MAPK信号通路及植物激素信号转导途径等通路；苯丙烷生物合成通路中莽草酸O-羟基肉桂酰转移酶（HCT）、肉桂醇脱氢酶（CAD）和过氧化物还原酶6(PRDX6)等关键酶编码基因转录本在根茎中显著上调表达；AP2/ERF、WRKY、C2C2及NAC等转录因子家族的多个转录因子在根茎及根中显著差异表达，这些因子可能是影响羌活次生代谢产物生物合成的关键转录因子；基因的差异表达与羌活根茎及根中羌活醇和异欧前胡素含量差异相符。本研究结果可为进一步研究羌活药用部位有效成分积累机理及定向育种提供理论基础。     

转拟南芥NPR1基因桂99 T3代植株的抗病性及农艺性状表现

以转拟南芥AtNPR1基因的恢复系品种桂99T3代纯合株系为材料,考查其农艺性状及其抗病性,并比较转基因植株与桂99侵染水稻白叶枯病菌后的农艺性状。结果表明：转基因植株表现出对水稻白叶枯病的抗性显著增强77%以上;穗长、剑叶长、有效穗数、一次枝梗数、每穗实粒数、单株产量和谷粒宽等农艺性状与未转基因桂99无显著差别。在受到水稻白叶枯病菌侵染后,转基因植株的一次枝梗数、每穗粒数、每穗实粒数和单株产量等方面均比对照桂99高出13%～78%。说明AtNPR1基因增强了水稻的抗病能力,从而降低了病害引起的产量损失。转基因植株的恢复力不受影响,稻米品质比桂99更加优良。本工作为转基因水稻抗病育种的研究奠定了基础。     

植物应答病菌胁迫的抗性蛋白研究进展

病菌侵染是植物生长发育过程中遇到的主要环境胁迫因子之一,而植物响应病菌胁迫是一个多因素协同作用的过程,涉及到复杂的基因表达调控网络。因此,植物-病原菌的互作应答机制问题一直受到研究者的普遍关注。该文主要从蛋白应答角度入手,对最近几年植物-病菌互作抗性蛋白的研究进展方面进行了较为全面的综述,分析了病菌胁迫下植物常见抗性蛋白的应答情况,并讨论了对病菌可能的抗性机制,为抗病植物新品种的培育及后续相关基因功能深入研究和抗病植物新品种的培育提供理论参考。     

苦参与百部提取物对几种植对几种植物病原菌的抑制作用 研究

试验研究苦参与百部农药活性提取物及其复配物对几种植物病原菌的抑制作用结果表明,各农药活性提取物及其复配物对稻胡麻叶斑病菌、立枯丝核菌、稻恶苗病菌、白菜黑斑病菌、十字花科蔬菜黑腐病病菌与十字花科蔬菜软腐病病菌、茄科蔬菜青枯病菌均有不同抑制作用;各提取物抑制效果随提取物浓度的提高而相应增强,最低抑制浓度多<0 .5mg/ mL ,并对白菜黑斑病菌孢子萌发也有明显抑制作用。与单一提取物相比,复配物对稻胡麻叶斑病菌和十字花科蔬菜软腐病病菌的抑制效果有所增强,但对十字花科蔬菜黑腐病病菌的作用较小,对稻恶苗病菌和茄科蔬菜青枯病菌的作用反而减弱     

氮素敏感时期水稻分蘖芽的转录分析

  【目的】  氮素影响水稻分蘖芽的发育,从而影响水稻株型和产量。探究水稻分蘖芽在氮素敏感时期的基因表达情况,揭示氮素对水稻分蘖芽调控的可能途径。  【方法】  以水稻品种‘日本晴’为试验材料,萌发后用1/2MS培养基培养一周,之后用2.5 mmol/L的氮素溶液培养,待幼苗长至三叶期,进行0和2.5 mmol/L氮素溶液处理,培养至五叶期。对不同氮素浓度下分蘖芽的生长进行分析,确认水稻材料的氮素敏感时期,并于根茎结合处取样,提取RNA,进行氮素敏感时期水稻分蘖芽的转录组分析,包括差异表达基因的挖掘以及GO功能富集分析、KEGG通路分析、蛋白互作网络分析。  【结果】  缺氮条件下,水稻分蘖芽生长受到抑制,转录分析结果显示,不同供氮条件下842个基因存在显著的表达差异,其中586个基因缺氮时上调,256个基因缺氮时下调。GO功能富集分析发现绝大多数差异表达基因属于胞内 (cell)、胞内成分 (cell part) 和细胞器 (organelle) 的类别。在差异表达基因的KEGG通路分析中,植物激素信号传导途径是最显著富集的通路,氮代谢途径次之,说明植物激素通路和氮代谢通路在水稻分蘖芽的生长过程中具有重要作用。差异表达基因主要涉及生长素、细胞分裂素、脱落酸、水杨酸、茉莉酸等相关激素的合成代谢途径以及参与氮代谢的硝酸还原酶。蛋白互作分析推测硝酸还原酶可能会与植物激素相互作用。  【结论】  通过对氮素敏感时期水稻分蘖芽相关基因的转录分析,发现缺氮条件下,激素信号传导途径和氮代谢途径中相关基因的表达量均受到影响。其中,与硝酸还原酶和植物激素脱落酸合成相关的基因表达量上调,而影响分蘖芽生长的细胞分裂素和生长素基因表达均下调。     

梨火疫病菌luxR转录调节因子的克隆与功能分析

梨火疫病菌(Erwinia amylovora)是一种具有毁灭性的植物病原细菌,能够侵染梨、苹果和其他蔷薇科植物引起火疫病,造成严重的经济损失。luxR家族调控因子具有重要的生理生化作用,是细菌群体感应机制中研究较多的一类重要的转录调节基因。本研究采用PCR技术从梨火疫病菌中扩增出一个luxR同源基因,命名为EaluxR,应用同源重组的方法构建了突变株(EaΔluxR),并对其功能进行初步研究。实验结果表明,EaΔluxR与野生型菌株相比产生的多烯大环内酯类代谢产物在抗氧化压力和生长情况方面有明显差异,对梨幼苗及幼果的致病能力下降;但是EaΔluxR仍能引起烟草过敏性反应,并且在抗生素耐受水平和生物膜的生成方面与野生型菌株相比没有明显差异。研究表明,梨火疫病菌对病菌的生长、次级代谢产物、抗氧化压力以及致病性方面具有关键作用,为深入认识梨火疫的群体感应系统提供了科学依据。     

黄秋葵对南方根结线虫抗性的转录组分析

为了解黄秋葵抗南方根结线虫相关基因组学,利用Illumina Hi-seq TM2500高通量测序技术研究受南方根结线虫侵染后黄秋葵种质12C2转录组基因的差异表达。结果表明,接种南方根结线虫18 h后,从接种和未接种的黄秋葵种质12C2根尖中共获得71.49 Gb有效数据,Q30碱基百分比均达到94.0%以上。共获得2 318个差异表达基因(DEGs),包括1 156个上调基因,1 162个下调基因,其中功能注释基因2 202个。根据unigene库序列进行GO、KOG和KEGG注释,细胞壁代谢相关基因——内切葡聚糖酶基因家族、聚半乳糖醛酸酶基因家族、葡聚糖内-1,3-β葡糖苷酶基因家族和果胶裂解酶基因家族下调表达,植物激素代谢相关基因——生长素响应蛋白基因、生长素流入运输载体基因下调表达,茉莉酸合成酶基因上调表达,调控相关基因表达的WRKY和MYB转录因子基因家族上调表达,参与植物细胞的膜联蛋白基因家族上调表达,植物细胞周期蛋白基因家族下调表达。本研究结果为开展黄秋葵抗南方根结线虫基因组学和分子生物学研究奠定了基础。     

基于富集微流控芯片的稻曲病菌孢子光电检测方法

针对当前水稻真菌病害发病时间短、传播速度快,缺乏有效早期预警技术的难点,提出一种基于微流控芯片的空气流中水稻真菌病害光电检测方法。该文根据微尺度下孢子富集动力学特征设计了病害孢子高效富集微流控芯片,并结合光电检测系统进行病害孢子的检测。试验根据空气动力学原理以及孢子富集量的大小对微流控芯片通道尺寸进行设置。根据光检测原理和不同浓度孢子在富集区形成的光衰减特性,筛选具有高灵敏度特性的检测光强。在以检测光谱的灵敏度性能为目标并综合考虑线性度的基础上,优选检测波长。以水稻稻曲病菌孢子为检测对象,进行了自动化微流控富集和光电检测试验。试验结果表明:在光源光强1.1×104 cd,波长为650 nm时,利用所述检测方法针对水稻稻曲病菌孢子检测结果(相比与镜检值)误差小于17.5%,根据检测结果建立相关系数为0.992 9的检测模型,具有较好的线性度及可靠性。研究结果为便携式作物病害检测装备的研发提供理论基础。     

大麦白化颖壳突变体的转录组学分析

为了探究大麦白化颖壳突变体形成机理,以白化颖壳突变体(AL)和野生型植株(WT)为试验材料,对2份材料抽穗期的颖壳进行转录组测序分析,通过Illumina Hi SeqTM2500高通量转录组测序技术分别从WT和AL中获得2.7 Gb和4.1 Gb有效数据,拼接组装后得到64 634条通用基因(unigenes),其中长度大于1 kb的有23 696条。通过对2份材料间差异基因的筛选,共得到672个差异表达基因(DEGs),其中139个上调表达,533个下调表达。GO功能富集分析发现,在分子功能类型中注释的差异基因主要与叶绿体相关;KEGG显著富集分析发现差异基因广泛涉及碳代谢、光合作用等调控途径。对其中6个相关基因进行了RT-qPCR验证,表达趋势与RNA-Seq测序结果一致。表明AL的形成可能是由于叶绿体形成和发育相关基因的表达受到抑制,进一步导致了光合作用的下降,该研究结果对深入探究大麦的白化形成机理具有重要的参考价值。