大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)微菌核缺陷突变体的筛选及其侧端序列分析

为了获得大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)微菌核缺陷突变体,利用农杆菌介导转化大丽轮枝菌,共获得270个T-DNA随机插入突变体,从中筛选出了4个气生菌丝发达、不产微菌核的突变体,利用高效TAIL-PCR技术,获得了其侧端序列,结合生物信息学方法,获得4个突变体T-DNA在大丽轮枝菌基因组插入位点的基因信息。     

棉花黄萎病菌致病相关基因的分离及敲除载体的构建

利用分生孢子蘸根法筛选棉花黄萎病菌T-DNA插入转化体库,获得了1个致病力减弱的突变体V546,该突变体在PDA平板上不产生微菌核。利用hi TAIL-PCR技术,获得了突变体V546 T-DNA插入的侧端序列。序列比对分析表明,该突变体T-DNA插入位点在大丽轮枝菌基因VDAG_07282.1的编码区。     

棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库的构建及致病缺陷突变体筛选

大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染引起的棉花黄萎病是棉花生产上的重要病害之一,而其致病的分子机制尚不清楚,为此,以强致病力落叶型黄萎病菌FGH2为材料,利用农杆菌介导转化技术构建棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库并进行致病缺陷突变体的筛选。当农杆菌与黄萎病菌分生孢子浓度比为250∶1、承载介质为NC膜、乙酰丁香酮浓度400μmol/L、共培养时间48h时,转化效率高达每106个分生孢子产生612.5个转化子。通过采用优化后的转化体系,构建了含1 200个T-DNA插入转化子的棉花黄萎病菌突变体库。利用苗期分生孢子蘸根法测定300个转化子在棉花幼苗上的致病力,获得3个致病力显著降低的突变体181、546、1009,其中546的微菌核形成能力丧失,1009的微菌核形成能力明显下降。黄萎病菌T-DNA插入突变体库的构建,为棉花黄萎病菌致病及微菌核形成机制的研究奠定了基础。     

分离自棉花的轮枝菌“种”的鉴定

【目的】已知引起植物萎蔫病的轮枝菌有5个“种”,本研究旨在澄清在中国引起棉花黄萎病的轮枝菌的“种”类。【方法】从中国12个省84个县分离获得310个轮枝菌菌株,采用生物学性状观察和分子鉴定相结合的方法,对其进行“种”的鉴定。【结果】298株均产生黑色微菌核和轮枝状分生孢子梗,为典型的大丽轮枝菌,另有12个菌株培养性状较为特殊（不产生微菌核,出现黑色菌丝或厚壁孢子）,经温度敏感试验、PCR特异扩增及ITS序列进一步鉴定,2株被确定为变黑轮枝菌,其它10株被确定为大丽轮枝菌,没有出现黑白轮枝菌。【结论】在中国三大棉区,棉花黄萎病主要是由大丽轮枝菌引起的。但在长江流域和黄河流域棉区均分离到1株变黑轮枝菌,其在棉花黄萎病发生过程中的作用及其与大丽轮枝菌的互作还有待进一步研究。     

蛋白激酶A催化亚基VdPKAC1对菌丝型大丽轮枝菌V07DF2培养性状及致病力的调控

【目的】通过同源重组敲除技术,解析菌丝型大丽轮枝菌中蛋白激酶A催化亚基基因VdPKAC1在调控微菌核发育、产孢及其致病力方面的作用。【方法】利用Invitrogen公司的Gateway®技术构建VdPKAC1的同源重组敲除质粒。该质粒的潮霉素抗性基因盒两端分别为靶标基因5′和3′端各1 kb的DNA序列。通过农杆菌AGL-1的介导,将该质粒的T-DNA区域整合到来源于棉花的菌丝型大丽轮枝菌V07DF2菌株中。从6个随机选择的含有潮霉素抗性基因片段的转化子中,通过靶标基因的PCR检测,获得了5个VdPKAC1基因敲除突变体。经过Southern杂交检测,选择了3个敲除突变体材料（2B5、C5和HH2）进行突变表型的观察和分析。在液体PDB培养7 d后观察敲除突变体与野生型菌株的黑色素产生情况;在固体PDA培养28 d后,观察敲除突变体与野生菌株的菌丝生长和休眠结构形成情况。此外,利用棉花根提取物对液体Cazpek-Dox培养7 d的各菌株分别进行诱导处理,在处理24、72 h后分别统计分生孢子数量,以此对敲除突变体和野生菌株的分生孢子产生能力进行评估。最后,将孢子浓度为1×107个/mL的突变体和野生菌株的分生孢子液灌根接种2叶期的棉花,测定其致病力。【结果】Southern杂交结果表明,在上述5个敲除突变体中,只有2B5和C5两个菌株为T-DNA单拷贝插入,而其他菌株均存在T-DNA异位整合的情况。在PDA培养条件下,3个敲除突变体（2B5、C5和HH2）与野生型相比具有黑色素合成增加,气生菌丝更加发达的特点。其中,敲除突变体2B5和C5在平板培养条件下还形成了野生型菌株没有的、与典型微菌核形态不同的深褐色“链状休眠菌丝体结构”。在棉花根提取物的诱导处理下,3个敲除突变体产生的分生孢子数量少于野生型菌株。另外,致病力分析结果表明,敲除突变体材料仍然具有一定的致病力,但却显著弱于野生菌株V07DF2。【结论】在大丽轮枝菌中,通过蛋白激酶A介导的环腺苷酸信号途径控制多种重要性状,而VdPKAC1是这一途径中的重要成员。以前的报道证实,VdPKAC1负调控微菌核的数量,而本研究利用菌丝型菌株V07DF2在PDA培养基上不产生微菌核的这一特性,通过同源重组原理敲除该负调控基因,成功获得可以在PDA上产生休眠结构的菌丝型大丽轮枝菌菌株的突变体。这些突变体材料将为大丽轮枝菌微菌核发育信号途径及其调控基因的发掘提供平台和基础。     

棉花黄萎病菌VdHP1的克隆及功能分析

【目的】明确棉花黄萎病菌(大丽轮枝菌Verticillium dahliae)中一个新基因(VdHP1)的功能,为解析棉花黄萎病菌的致病机制以及棉花黄萎病的防治提供依据。【方法】以大丽轮枝菌野生型菌株V592的基因组DNA和cDNA为模板,对VdHP1全长进行克隆并测序;利用逆转录实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分别对棉花根系诱导不同时间VdHP1的表达量及V592菌株不同组织中VdHP1的表达量进行测定;构建针对VdHP1的敲除载体、互补载体和过表达载体,通过农杆菌介导的遗传转化筛选VdHP1基因敲除突变体、互补菌株和过表达菌株;以野生型菌株V592为对照,对VdHP1基因敲除突变体及互补菌株的菌落及菌丝形态进行观察,并对微菌核量、产孢量及致病力进行测定;通过RT-qPCR测定其他致病力相关的基因在VdHP1基因敲除突变体及过表达体菌株中的表达情况。【结果】VdHP1全长为862 bp,预测编码蛋白含268个氨基酸,与GenBank中已注释的基因没有任何的序列相似性。野生型菌株V592受棉花根系诱导6—12 h时VdHP1表达水平显著上调,表明VdHP1在大丽轮枝菌侵染早期发挥作用。VdHP1在分生孢子中的表达量显著高于在菌丝和微菌核中的表达量,表明VdHP1在大丽轮枝菌不同组织中的表达具有差异性。与野生型菌株V592相比,VdHP1基因敲除突变体产孢量和产孢梗显著减少,菌丝分支呈螺旋状,对棉花的致病力明显下降。与侵染钉形成相关基因(VdCrz1、VdNoxB、VdPls1)、分泌蛋白释放相关基因(VdSep5)及分生孢子产生相关基因(Vdpf、VdSge1、VGB、VdPLP、VdCYC8、VdNLP1、VdNLP2)在VdHP1基因敲除体中的相对表达量显著下调,在过表达菌株中上调;而与黑色素合成相关基因(VdCmr1、VdSho1、VdLAC、VdPKS1)在VdHP1基因敲除突变体中则显著上调,在过表达菌株中下调。【结论】VdHP1与大丽轮枝菌分生孢子和产孢梗的产生有关,参与大丽轮枝菌致病;VdHP1对与侵染钉形成、分泌蛋白释放及分生孢子产生相关基因的表达具有正调控作用,对黑色素合成相关基因的表达具有负调控作用。     

棉花黄萎病菌VdHP1的克隆及功能分析

【目的】明确棉花黄萎病菌（大丽轮枝菌Verticillium dahliae）中一个新基因（VdHP1）的功能,为解析棉花黄萎病菌的致病机制以及棉花黄萎病的防治提供依据。【方法】以大丽轮枝菌野生型菌株V592的基因组DNA和cDNA为模板,对VdHP1全长进行克隆并测序;利用逆转录实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分别对棉花根系诱导不同时间VdHP1的表达量及V592菌株不同组织中VdHP1的表达量进行测定;构建针对VdHP1的敲除载体、互补载体和过表达载体,通过农杆菌介导的遗传转化筛选VdHP1基因敲除突变体、互补菌株和过表达菌株;以野生型菌株V592为对照,对VdHP1基因敲除突变体及互补菌株的菌落及菌丝形态进行观察,并对微菌核量、产孢量及致病力进行测定;通过RT-qPCR测定其他致病力相关的基因在VdHP1基因敲除突变体及过表达体菌株中的表达情况。【结果】VdHP1全长为862bp,预测编码蛋白含268个氨基酸,与GenBank中已注释的基因没有任何的序列相似性。野生型菌株V592受棉花根系诱导6—12 h时VdHP1表达水平显著上调,表明VdHP1在大丽轮枝菌侵染早期发挥作用。VdHP1在分生孢子中的表达量显著高于在菌丝和微菌核中的表达量,表明VdHP1在大丽轮枝菌不同组织中的表达具有差异性。与野生型菌株V592相比,VdHP1基因敲除突变体产孢量和产孢梗显著减少,菌丝分支呈螺旋状,对棉花的致病力明显下降。与侵染钉形成相关基因（VdCrz1、VdNoxB、VdPls1）、分泌蛋白释放相关基因（VdSep5）及分生孢子产生相关基因（Vdpf、VdSge1、VGB、VdPLP、VdCYC8、VdNLP1、VdNLP2）在VdHP1基因敲除体中的相对表达量显著下调,在过表达菌株中上调;而与黑色素合成相关基因（VdCmr1、VdSho1、VdLAC、VdPKS1）在VdHP1基因敲除突变体中则显著上调,在过表达菌株中下调。【结论】VdHP1与大丽轮枝菌分生孢子和产孢梗的产生有关,参与大丽轮枝菌致病;VdHP1对与侵染钉形成、分泌蛋白释放及分生孢子产生相关基因的表达具有正调控作用,对黑色素合成相关基因的表达具有负调控作用。     

5种植物提取物及残体对棉花黄萎病菌的抑制作用

【目的】研究5种植物提取物和残体对大丽轮枝菌的抑制作用,为利用生物熏蒸技术防治棉花黄萎病提供依据。【方法】以棉花黄萎病主要致病菌大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)XJ2008菌株为试材,测定韭菜、葱、薄荷、藿香和薰衣草5种植物的甲醇、水提取物,对大丽轮枝菌菌丝生长和孢子萌发的抑制作用,并将植物残体以质量分数2%添加到600g基质与田园土的混合样中混匀后,测定植物残体对大丽轮枝菌微菌核萌发的影响。【结果】5种植物提取物均对大丽轮枝菌的菌丝生长和孢子萌发有明显的抑制作用,随着植物提取物质量浓度的增加,抑制作用增强,甲醇提取物的抑菌作用略强于水提取物;韭菜提取物的抑制作用最强,藿香次之。植物残体对大丽轮枝菌微菌核的萌发有明显抑制作用,其中藿香残体的抑制作用最强,薄荷、韭菜次之,薰衣草最弱。【结论】韭菜、藿香对大丽轮枝菌的抑制作用十分明显,有作为生物熏蒸材料的潜力和应用前景。     

棉花黄萎病菌T DNA插入突变体库的构建及变异性状的分析

利用农杆菌介导遗传转化(ATMT)的方法,成功构建含2 000个转化子的棉花黄萎病菌强毒菌株Vd080的突变体库。200μmol/L乙酰丁香酮(AS)作诱导剂,25℃共培养48h,棉花黄萎病菌孢子量为106 mL-1,其转化效率达150～540个转化子。进一步研究发现,供试突变体的T-DNA成功插入Vd080基因组,且均为单拷贝插入,转化子的潮霉素B基因能够稳定遗传。309个突变体中,53.7%的突变体菌落形态与初始菌株Vd080相同,均产生黑色的微菌核,不产生黑色素微菌核的菌丝型仅占17.5%。与初始菌株相比,随机选取的85个突变体,产孢量、生长速率、粗毒素分泌量及致病力发生显著变异的菌株分别占36.4%、12.9%、50.6%和29.4%,四者之间不存在明显的相关性。     

pH及盐分对大丽轮枝菌微菌核形成的影响

微菌核是棉花黄萎病原大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)在土壤中的主要存活形式及该病的侵染源,研究土壤pH及盐分对大丽轮枝菌微菌核形成的影响对明确黄萎病发生具有重要意义。采用菌丝生长速率法研究培养基pH及盐分质量浓度与种类对病原菌生长及微菌核形成的影响。供试大丽轮枝菌菌丝生长最适pH为7.0,偏酸或偏碱会抑制菌丝生长,但培养基偏碱可显著促进微菌核形成。当pH为8.0时,大丽轮枝菌菌丝生长受抑制较小,同时微菌核区面积较pH为7.0时增加22.6%。盐分质量浓度影响大丽轮枝菌菌丝生长及微菌核形成。随培养基NaCl质量浓度增加,供试大丽轮枝菌生长受到抑制,菌落面积和菌丝面积均逐渐减小,但微菌核形成量却显著增加;当NaCl质量浓度为10g·L~(-1)时,微菌核区面积较无NaCl时增加40.7%。盐分种类影响供试大丽轮枝菌生长。随盐分质量浓度增加,氯化物(NaCl和KCl)和硫酸盐(Na_2SO_4和MgSO_4)均可促进大丽轮枝菌微菌核形成,而CaCl_2则显著促进菌丝生长,并在质量浓度大于7g·L~(-1)时抑制微菌核形成。在培养环境偏碱性或氯化物和硫酸盐含盐量较高时,均可促进棉花黄萎病原大丽轮枝菌微菌核形成量增加。     

落叶型大丽轮枝菌T-DNA插入突变体库的构建

采用ATMT技术建立大丽轮枝菌落叶型菌株XJ2008菌株的T-DNA插入突变体文库,共获得6 043个突变体。从中随机挑选104个突变体,以野生型XJ2008菌株为参照,评价其致病性、菌落生长速率、分生孢子及微菌核的产生能力等。结果表明,有12.5%的突变体丧失产孢能力,4.8%的突变体的生长速率显著减慢,8.7%的突变体的生长速率显著加快,12.5%的突变体丧失产生微菌核的能力,47.1%的突变体的致病性显著低于野生型菌株XJ2008,且突变体2-736、2-740、2-745的病情指数分别约为野生型菌株XJ2008的0.184、0.168和0.197倍。该突变体库突变体遗传稳定性好,性状多样性丰富。     

柱花草炭疽病菌T-DNA 插入突变体库的构建与分析

胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的柱花草炭疽病是热带牧草柱花草的主要病害,利用根癌农杆菌介导转化(Agrobacterium tumefaciens mediated transformation,ATMT)的T-DNA插入突变技术,可使炭疽病菌基因组上被插入部位的基因丧失功能,是研究柱花草炭疽病菌致病机理的重要方法.在先前优化根癌农杆菌介导柱花草炭疽病菌遗传转化体系的基础上,构建了4 616个转化子的突变体库,从中随机选取部分突变体,对其T-DNA插入拷贝数、遗传稳定性、生长速度、产孢量、分生孢子萌发等进行分析.结果表明,所得转化子多为单拷贝,能稳定遗传.一些转化子的生长速度、产孢量、分生孢子萌发率与野生型相比有明显差异.     

大丽轮枝菌致病性相关突变体快速筛选体系的建立

【目的】建立适合于大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）致病性相关突变体的快速筛选体系,为突变库中与致病性相关突变体的系统筛选和鉴定提供技术支撑。【方法】棉花幼苗接种于5.0×10⁴、5.0×10⁵、5.0×10⁶、5.0×10⁷和5.0×10⁸孢子/mL的孢子悬浮液30 min,通过病情指数调查明确引起棉花黄萎病发生的病原菌浓度范围;对培养于培养瓶的大丽轮枝菌分别加入15、25、35和45 mL的灭菌水,利用血球计数板检测洗脱的孢子浓度,明确不同体积灭菌水对洗脱孢子悬浮液浓度的影响;以保存于96孔板的突变体为单位,在培养皿上进行单孢分离并挑取单个孢子于培养瓶中扩繁培养,培养后于培养瓶中直接加入适宜体积灭菌水洗脱孢子,并将棉花幼苗直接置于含有孢子悬浮液的培养瓶中处理30 min,接种后继续培养14 d并调查结果;致病性相关突变体的可靠性检验采用定量菌液蘸根接种法,每个突变体接种30株棉花幼苗,3个重复,孢子浓度为5.0×10⁶孢子/mL,每株棉花幼苗按接种5 mL菌液计算,处理30 min,分别在第5、8、11和14天调查病情指数。【结果】明确了适合于大丽轮枝菌致病力快速鉴定的接种孢子浓度为＞5.0×10⁵孢子/mL;建立了大丽轮枝菌培养方法,单孢纯化培养5 d,培养瓶中扩大培养9 d,确定了快速定量制备孢子悬浮液的洗脱体积为25 mL,测试的20个突变体的洗脱孢子浓度范围在（2.55±0.58）×10⁶-（1.72±0.25）×10⁷孢子/mL;优化了单孢分离、扩大培养、孢子悬浮液制备、接种、继续培养和结果统计等环节,建立了大丽轮枝菌致病性快速鉴定流程,进一步统筹设计构建了大丽轮枝菌致病性相关突变体快速筛选体系;测试表明该体系1人1个循环共7个流程可完成1 344个突变体筛选,周期54 d,工作量为21人日;采用定量菌液蘸根法重复验证结果,突变体致病力同样显著下降,与快速筛选体系的鉴定结果一致,表明该体系适用于大丽轮枝菌致病性相关突变体的快速筛选。【结论】通过棉花幼苗种植、突变体单孢分离、扩繁培养、孢子悬浮液制备、接种、结果统计等环节的优化和标准化,构建了适合于大丽轮枝菌致病性相关突变体的快速筛选体系,为后续致病相关基因的分离提供了技术支撑。     

棉花黄萎病菌营养亲和性研究

为给进一步研究病原菌的变异规律提供理论依据,采用营养体亲和性方法,于2006年11月对从陕西三原棉花黄萎病圃中分离得到的26株代表菌系及陕西省植保所提供新疆菌株和泾阳菌株进行了研究。结果表明：经在KPS培养基上诱发培养,28个菌株共获得295个nit突变株,且不同菌株的突变率差异较大。经鉴定：nit1 235个,占总量的79.66%;nitM 59个,占总量的20.00%;nit3仅有1个。营养体亲和性配对测试表明：28个菌株可分为2个营养亲合群（VCGs）,26个代表菌株都与泾阳菌株亲和,同属于亲合群VCG1,新疆菌系属于亲和群VCG2。     

新疆棉花黄萎病菌生物学特性及致病性分化研究

[目的]明确新疆主要植棉地区棉花黄萎病菌株的生物学特性及致病力分化情况.[方法]纯化培养采集的菌株,观察其生物学特性;利用鉴别寄主法测定棉花黄萎病菌的致病力.[结果]棉花黄萎病菌菌落形态各异,供试菌系大部分可产生微菌核;供试菌株的最适生长温度为25℃,部分菌株对高温具有一定的耐受性;新疆棉花黄萎病菌可分为强、中、弱3种致病型,其中以中等致病类型为主.[结论]新疆棉区棉花黄萎病菌具有明显的生理分化现象,博乐地区采集的VX27菌株致病力最强.     

木霉菌对棉花黄萎病菌拮抗的作用

以绿色木霉(Trichodermaviride)、康氏木霉(Trichodermakoningii),以及二株未知种名的木霉菌株(Trichodermaspp.)为供试菌,采用对峙培养测定其对棉花黄萎病菌(Verticilliumdahliae)的抑制作用,并研究了四种木霉菌产生的非挥发性代谢物对菌丝干重的影响。结果表明:在对峙培养中,木霉菌对棉花黄萎病菌均有明显抑制作用,木霉菌产生的非挥发性代谢物可以强烈抑制棉花黄萎病菌生长,明显降低其菌丝干重,并具有热稳定性。光学显微镜下观察,木霉菌丝在棉花黄萎病菌丝上平行或波浪式生长且棉花黄萎病菌丝出现细胞原生质浓缩和菌丝断裂等现象。     

土壤中黄萎菌核的含量对转基因棉花发病趋势的影响

利用土壤稀释法对转基因棉花材料12花龄期、吐絮期、收获期棉花根际土壤0～20 cm耕作层中黄萎菌核的含量和转基因材料7月31日至9月11日每隔10 d的发病情况进行了调查与分析.结果表明,转基因棉花材料12发病情况在7月31日至8月11日表现明显的高温隐症,病指下降,从8月11日至9月11日发病呈一直上升的趋势;每隔10 d转基因材料的平均病情指数分别为44.53;、42.53;、54.50;、61.17;和64.03;,整个调查发病期间呈较明显的双峰趋势.从该材料的根际土壤中分离出的黄萎病菌菌落呈黑色放射状,土壤中菌核含量在调查时期则呈先降低后上升又降低的趋势,调查的三个时期1 g土壤含微菌核量分别为118.80、202.80和105.20个/g.土壤中黄萎菌核的含量与该材料的发病情况有直接的关系,这主要与黄萎菌核的病原特性有关.     

大丽轮枝菌拮抗细菌的分离筛选及Bv1-9菌株鉴定

对植物黄萎病病原菌大丽轮枝菌拮抗细菌进行了分离筛选及Bv1-9拮抗菌株鉴定.结果表明,从土壤中分离到891株细菌,初筛出具有拮抗活性的菌株83株,经过复筛选出一株具有较高拮抗活性的菌株Bv1-9,并对其进行了形态鉴定、生理生化特征鉴定和16S rDNA全序列分析,最终此菌株鉴定为花域芽孢杆菌,16S rDNA序列相似度达99.49%.     

新疆棉花黄萎病菌病原种群监测研究

采用致病性测定、营养亲和群测定及PCR特异性扩增3种方法,对新疆棉区采集的35个棉花黄萎病菌代表性菌系进行致病型鉴定。结果表明,新疆棉花黄萎病菌存在强、中、弱3种不同的致病类型,其中以中等致病类型居多。利用营养亲和群方法将新疆棉花黄萎病菌分为2个亲和群,其中1个亲和群中的所有菌系均与标准落叶型菌系相亲和,另1个亲和群中的所有菌系均与标准非落叶型菌系相亲和。利用棉花黄萎病菌落叶型特异引物进行PCR特异性扩增,有3个菌系扩增出550bp的落叶型黄萎病菌特异性片段。用营养亲和群及PCR特异性扩增均进一步证实目前新疆存在落叶型黄萎病菌菌系。