玉米大斑病菌犬尿氨酸途径关键酶基因的鉴定

犬尿氨酸途径（Kynurenine pathway,KP）是色氨酸分解代谢的主要途径，其途径关键酶基因参与多种重要的生物过程。为明确玉米大斑病菌犬尿氨酸途径及其途径关键酶基因在病菌生长发育和致病过程中的功能，本研究利用生物信息学方法，对玉米大斑病菌犬尿氨酸途径中的关键酶基因进行鉴定；利用玉米大斑病菌的表达谱数据，对犬尿氨酸途径关键酶基因在病菌生长发育和侵染过程中的表达水平进行分析。结果发现，玉米大斑病菌中含有犬尿氨酸途径关键酶犬尿氨酸单加氧酶（KMO）、犬尿氨酸酶（KYN）、犬尿氨酸氨基转移酶（KAT）和吲哚-2, 3-双加氧酶（IDO）的编码基因，犬尿氨酸途径关键酶基因在病菌生长发育和侵染的不同时期呈现高表达水平，表明玉米大斑病菌中存在犬尿氨酸途径，犬尿氨酸途径关键酶基因可能在病菌生长发育和侵染过程中具有重要功能。研究结果为阐明玉米大斑病菌犬尿氨酸途径在生长发育和致病过程中的功能奠定了基础。     

我国玉米大斑病菌生理小种种群动态分析

为明确近年来中国玉米大斑病菌（Setosphaeriaturcica）的生理小种变化和种群消长情况，分析玉米大斑病逐年加重的原因。采用常规Ht单基因（Ht1、Ht2、Ht3和HtN）鉴别寄主，对2005年和2006年采自黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、陕西、山西、河南、四川和北京-天津-唐山地区共10个省区28个地区的204个玉米大斑病菌菌株进行了生理小种鉴定；利用毒力频率法分析玉米大斑病菌的生理分化及其在中国的分布频率。结合前人研究结果，分析了近30年中国玉米大斑病菌生理小种变化趋势。共鉴定出0，1，2，3，12，13，23，123，23N共9个生理小种，其中0号小种和1号小种为优势小种，分别占供试菌株的62．25％和19．12％，其他小种占供试菌株的18．63％；所鉴定的204个菌株，对Ht1抗性基因的毒性频率最高，为33．33％；对HtN抗性基因的毒性频率最低，为1．47％；对Ht2和Ht3抗性基因的毒性频率分别为16．18％和6．37％。玉米大斑病菌生理分化明显，呈现复杂化，不断有新小种出现。Ht1和Ht2抗性基因在中国大部分玉米严区均有不同程度的抗性“丧失”。玉米大斑病菌新小种出现、0号和1号小种以外其他生理小种出现频率的的升高和品种抗性的“丧失”是玉米大斑病发生的重要原因。     

不同年龄杉木抗炭疽病与一些酶活性及同工酶的关系

抗病杉木受炭疽病菌侵染后,其叶组织内多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（PO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的增加高于中抗和感病的杉木,而中抗杉木又高于感病杉木;抗病杉木受侵染后产生两条新的PPO同工酶谱带和两条新的PO同工酶谱带;中抗杉木产生1条新的PPO同工酶谱带和1条新的PO同工酶谱带;感病杉木只产生一条新的PO同工酶谱带,没有新的PPO同工酶谱带出现。     

玉米大斑病菌小种鉴别寄主综合抗性评价

以14份含有Ht1、Ht2、Ht3和HtN抗性基因的3套玉米大斑病菌小种鉴别寄主为材料,采用SNP基因芯片方法检测每套鉴别寄主的遗传背景相似度,用1,2,3,N号小种混合菌作为接种物,通过单叶病斑面积的发展速率评价含有Ht1、Ht2、Ht3和HtN基因的鉴别寄主综合抗性。结果表明:A619和OH43两套近等基因系内部遗传背景相似度最高,平均为98.86%和98.40%;B37近等基因系内部遗传背景相似度相对较低,平均为94.77%。接种后含有Ht2、Ht3抗性基因的鉴别寄主综合抗性最好,病斑发展速率为0.01~0.032,而CK和含Ht1、HtN基因的鉴别寄主抗性较差,病斑发展速率为0.112~0.216,推断这些鉴别寄主的抗病性差别是由抗性基因控制的。     

植物组织培养过程中细胞生理变化与形态建成的关系

综述了植物组织培养过程可溶性蛋白含量、过氧化物酶活性及其同工酶酶谱的变化,以阐明细胞内生理生化变化与组织形态建成的关系。     

灰斑病菌毒素对玉米植株防御酶系活性的影响及诱导抗性作用

【目的】探讨玉米灰斑病菌毒素对抗、感自交系的诱抗机理及效果。【方法】测定不同质量浓度玉米灰斑病菌毒素处理及不同毒素处理时间后,玉米植株苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)等防御酶系活性的变化,研究玉米灰斑病菌毒素对寄主防御酶系活性的影响及毒素与诱导抗性的关系。【结果】抗病自交系78599-1的PAL、POD和PPO活性高于感病自交系K12,而感病自交系的CAT和SOD活性高于抗病自交系。微晶纤维素处理毒素的诱抗效果高于炭柱处理,玉米抗病自交系的诱抗作用略高于感病自交系。【结论】玉米灰斑病菌毒素对灰斑病具有诱导抗性作用。     

山西省玉米大斑病菌生理小种鉴定

[目的]明确山西玉米种植区大斑病菌生理分化情况,为玉米大斑病的抗病育种、品种的合理布局和综合防治提供理论基础和科学依据。[方法]采用Ht单抗性基因鉴别寄主法,对从山西省14个市县玉米罹病叶片上分离的32个玉米大斑病菌株的生理小种种类、分布和毒力频率进行分析研究。[结果]供试的32个菌株中共鉴定出12个生理小种,分别为0、1、2、3、N、12、2N、3N、12N、13N、23N和123N号。其中,2、12N、13N、23N和123N号生理小种的出现频率之和为65.64%,123N的出现频率最高,占总量的25.00%。山西各玉米种植区的生理小种种类存在明显差异,北部有8种(1、2、N、2N、3N、12N、13N和123N),南部有7种(3、N、12、12N、13N、23N和123N),中部仅5种(0、12、3N、12N和23N)。32个菌株对Ht单基因的毒力频率在56.25%～78.13%之间,对HtN的毒力频率最高,为78.13%;而对含Ht双基因、三基因和四基因组合的毒力频率分别为81.25%、56.25%和25.00%。[结论]山西玉米种植区小种种类和出现频率存在明显差异,表现为北部>南部>中部。在鉴定出的12个生理小种中,12、12N、3N、23N和123N号是山西主要致病小种群体,其中123N为山西的优势小种。单一的Ht抗性基因品种的抗病作用已明显降低,仅依靠这4种Ht单抗性基因的抗病品种已不能有效的防治该病害的发生和危害。     

植物的诱导抗病性研究进展

诱导抗病性就是利用物理的、化学的以及生物的方法预先处理植株,改变植物对病害的反应,使原来感病反应产生局部或系统的抗性。在此,着重从植株诱导处理后发生的一系列生理变化、植物体内多种抗病防卫反应间的相互关系等方面对植物诱导抗病性作了概括性介绍。许多研究表明,植株经诱导物诱导后,体内产生PR蛋白,其过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶、几丁酶活性都大大增加,侵染点周围迅速木质化;在植物的诱导抗病进程中有两套基因先后起作用,即抗病基因和防卫反应基因,抗病基因产物与病菌无毒基因产物有识别作用,从而诱导防卫反应基因表达。     

玉米大斑病菌醇脱氢酶基因家族的鉴定和生物信息学分析

醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase, ADH)是生物体内主要短链醇代谢的关键酶，在物质代谢和能量转化过程中发挥着重要作用。本文从玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)基因组的KEGG数据库中获得了22个ADH基因家族成员(StADH1-StADH22),它们散布在12条scaffold上，长232～495 aa,理论等电点5.65～9.22,81.8%家族成员呈酸性，72.7%为亲水蛋白，有4个家族成员定位于线粒体，2个定位于过氧化物酶体，其余16个家族成员均定位于细胞质。系统发育分析结果表明，有11个玉米大斑病菌ADH家族蛋白与酵母ADH(YADH1-7)亲缘关系较近，含有相似的保守基序和结构域，其他11个玉米大斑病菌ADH家族蛋白与酵母ADH亲缘关系较远，含有不同的保守基序和结构域。玉米大斑病菌侵染玉米叶片的转录组分析结果表明，仅有4个ADH基因(StADH1、StADH4、StADH6和StADH12)参与病菌侵染过程，其中StADH1、StADH4和StADH12主要在病菌侵染后期发挥作用，而StADH1还可能与病菌的致病专化性有关。     

中国2001年玉米大斑病菌生理小种鉴定

利用含不同抗性基因的玉米作为鉴别寄主，对2001年分别采自于河北、辽宁、黑龙江等省的37个玉米大斑病菌菌株进行生理小种鉴定。鉴定结果表明，供试菌株中不仅有0号(原1号)、1号(原2号)小种，还出现了12，23，3N，12N号等其它生理小种。尤其是由于本试验出现了对带Ht抗性基因的玉米均致病的123N号生理小种，这应引起育种工作者的高度注意。     

黑龙江省西部半干旱区玉米抗大斑病种质资源的筛选

利用自然感病调查和人工接种筛选的方法,对黑龙江省农科院齐分院726份稳定自交系和1923份不稳定玉米种质进行抗玉米大斑病筛选,并对接种病原菌群进行了生理小种鉴定。得到高抗大斑病稳定自交系30份,中抗大斑病稳定自交系16份。并利用携带Ht的鉴别寄主对接种菌群进行生理小种鉴定,鉴定结果为12N型生理小种。     

葡萄糖氧化酶基因转化玉米及其后代的抗病性研究

通过花粉管通道法将葡萄糖氧化酶基因(Glucose oxidase,GO)转入玉米自交系,并对转化后代进行了大斑病抗性鉴定。结果表明,授粉后15～20h为最佳外缘基因导入时间段,最适合的转化质粒DNA浓度为100μg·mL-1。转化获得卡那霉素抗性植株244株,PCR阳性植株13株,对转化的D0代PCR阳性植株的抗病性进行了大斑病抗性鉴定,部分转化植株的抗玉米大斑病能力有所提高,其中3株表现高抗。研究为探索大众化玉米转基因和培育抗病玉米自交系提供了新方法。     

抗玉米大斑病单基因处于杂合状态时的效应

单基因Ht1、Ht2、Ht3、HtN处于不同水平抗性杂合状态时对大斑病抗性的基因效应不同。通过单基因Ht1、Ht2、Ht3、HtN与同一水平抗性自交系以及与不同水平抗性自交系组配,研究单基因处于杂合状态时在控制病斑数量、面积、病斑扩展速度、产孢量和潜伏期等方面的单基因、多基因的联合效应。结果表明,抗性单基因HtN处于F1代杂合状态时,控制病斑数和病斑面积的效应最强;单基因处于杂合状态时,湿培48 h病斑全部能产生分生孢子,且处于同一水平抗性杂合状态时,Ht1控制产孢量的效应最强;Ht1处于中水平、Ht3处于高水平和HtN处于低水平垂直抗性杂合状态下,控制病斑扩展效应最强;而Ht2处于高水平垂直抗性杂合状态下,控制病斑扩展效应最弱;抗性单基因处于杂合状态下,控制潜伏期多表现超亲现象,HtN控制病害潜伏期比其它单基因显著。     

云南省部分地区玉米大斑病菌生理小种鉴定

 对分离于云南省部分地区的24个大斑病单孢菌株生理小种鉴定结果表明：0号生理小种仍然是云南省的优势小种，占供试菌株的41.7％；23N号生理小种占33.3％；1号、3号及23号各占供试菌株的8.3％。     

黑龙江省西部地区玉米大斑病菌生理小种鉴定及生物学特性分析

为筛选和创制玉米抗病种质资源提供试验依据,研究鉴定了黑龙江省西部地区玉米大斑病生理小种类别,并对其生物学特性进行系统性的研究。结果表明:在黑龙江省西部地区发生的玉米大斑病生理小种为Ht3/Ht1、Ht2、HtN型生理小种,得出此病原菌菌丝最适合生长的pH为7,适合生长温度为20～30℃,菌落在查氏(NaNO3)培养基上生长优于查氏〔(NH4)2SO4〕培养基,菌丝生长速率在玉米面培养基中最大,平均生长率为1.55cm.d-1,蔗糖为碳源时生长最快,生长速率为1.73cm.d-1,以NaNO3为氮源时菌落生长最快,生长速率为1.70cm.d-1。在影响孢子萌发的因素中,pH为7时,孢子萌发率达到最高;在23～35℃时,不同碳源和氮源对孢子萌发影响不大,孢子萌发率均可达70%以上。     

辽宁省11个玉米主栽品种对大斑病菌的抗性鉴定

采用带菌玉米粒接种法,完成辽宁省11个玉米主栽品种对12个大斑病菌生理小种的抗性鉴定。结果表明,各品种对不同生理小种的抗病性存在明显差异。抗病性鉴定与品种系谱相关性分析表明,品种对不同生理小种的抗性与品种血缘相关。     

不同基因型玉米受HT-毒素胁迫后细胞内CaM的动态变化

采用ELISA方法测定了亲和组合与非亲和组合玉米叶片内钙调素(Calmodulin,CaM)浓度的变化,旨在明确不同组合中CaM的变化趋势以及CaM是否参与玉米体内由大斑病菌HT-毒素所引发的信号转导途径。通过观察CaM特异性抑制剂三氟拉嗪(Trifluoperazine,TFP)对玉米叶片上HT-毒素诱导的R型病斑的影响,明确TFP是否可抑制玉米的抗病反应。结果发现,玉米受到HT-毒素胁迫后,叶片内CaM浓度迅速上升,总的趋势是亲和组合中的CaM曲线多呈平台状或单峰状,而非亲和组合中的CaM曲线多呈双峰状,在不同组合中CaM的变化差异显著;TFP可使叶片病斑由抗病的R型病斑转变为感病的S型病斑,说明TFP可抑制玉米的抗病反应。推测,由玉米大斑病菌HT-毒素激发的防卫反应信号转导途径与CaM密切相关。     

The Changes on Activity of Some Protective Enzymes in Maize Seedlings under Ht－toxin Stress

ＴｈｅＣｈａｎｇｅｓｏｎＡｃｔｉｖｉｔｙｏｆＳｏｍｅＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅＥｎｚｙｍｅｓｉｎＭａｉｚｅＳｅｅｄｌｉｎｇｓｕｎｄｅｒＨｔ－ｔｏｘｉｎＳｔｒｅｓｓＨａｎＪｉａｎｍｉｎ；ＤａｎｇＪｉｎｇａｏ；ＺｈｕＪｉｅｈｕａ；ＬｉＷｅｎｆｅｎｇ；ＬｉＧｕａ...     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

玉米抗大斑病育种研究现状

结合国内外抗大斑病研究的现状,论述了玉米大斑病的发生与危害,并分析了在抗大斑病育种工作中存在的问题,初步探讨了在维护玉米产业可持续发展的前提下,玉米抗病育种工作急需解决的难题及未来发展策略。