拟南芥突变体npr1-2的鉴定及水杨酸感受性分析

【目的】拟南芥的NPR1 (nonexpresser pathogenesis-related gene 1)是植物系统获得抗性(systemic acquired resistance,SAR)的关键调节基因,SAR是一种有效的先天免疫反应,提供广谱抗病性。大量的研究表明:水杨酸为诱导SAR的细胞外信号,而NPR1蛋白作为水杨酸的受体串联并启动细胞内的反应。拟南芥突变体npr1-2是研究拟南芥水杨酸信号转导途径的材料之一。为了筛选出纯合的npr1-2突变体,测定纯合突变体中NPR1基因的表达水平,鉴定突变幼苗对水杨酸的敏感性。【方法】采用PCR扩增、DNA测序、定量RT-PCR以及水杨酸敏感性鉴定等方法。【结果】鉴定并筛选出了npr1-2纯合突变体,发现突变体NPR1基因表达量下调为野生型的30%左右,突变体幼苗对水杨酸的敏感性降低。【结论】npr1-2纯合突变体为进一步的研究奠定了材料基础。     

核孔蛋白Atnup98-like降低拟南芥对细菌和干旱的抗性

用HrpNEa处理拟南芥(Arabidopsis)时发现核孔蛋白AtlG59660基因的表达被抑制.因该基因编码的蛋白质与哺乳动物中的核孔蛋白(nucleoporin98)具有相似性质,具有FG(phenylalanine-glycine)重复基序,故命名为Atnup98-like.同时对野生型和Atnup98-like突变体植株分别进行病原细菌Psyringae syringae pv.tomato DC3000接种及干旱处理,结果发现突变体植株对DC3000的抗性明显增强,而且突变体中抗病相关基因PR1a的表达明显强于野生型;同时,突变体植株比野生型植株抗旱性增强,脯氨酸含量明显升高,且干旱诱导的效应基因RD29B的表达水平强于野生型.上述结果表明,核孔蛋白基因Atnup98-like的突变增强了拟南芥对DC3000和干旱的抗性,因此,其可能是拟南芥抗性反应中一个重要的负向调节因子.     

拟南芥抗根结线虫和蚜虫的功能基因鉴定

为了鉴定出增强植物对根结线虫和蚜虫抗性的功能基因,从9个抗蚜虫的拟南芥激活标签突变体中筛选增强根结线虫抗性的突变体。利用反向PCR技术定位激活标签在基因组上的插入位点,并通过荧光定量PCR技术分析插入位点上、下游基因表达水平,结合根结线虫和蚜虫在过量表达转基因植株上的表现验证基因功能。结果显示接种根结线虫后7 d,侵入3个拟南芥突变体根系的根结线虫数量明显少于野生型。其中2个突变体中的激活标签插入位点只相差2个碱基,SKS13基因表达水平提高;另一个株系中激活标签导致PERK2基因的表达水平提高。与野生型植株相比,分别过量表达SKS13和PERK2的转基因植株能明显减少侵入根系的根结线虫数量,同时蚜虫的繁殖数量也较低。     

拟南芥AtBT4对灰葡萄孢的抗性机制分析

【目的】揭示AtBT4在拟南芥抗灰葡萄孢中与SA、JA信号途经的相互关系。【方法】利用RT-PCR技术,检测用SA、SA类似物BTH、JA、ACC及灰葡萄孢处理拟南芥野生型Col-0后其AtBT4的表达情况;检测经SA和JA处理后拟南芥SA、JA途径相关突变体AtBT4的表达情况;并检测接种灰葡萄孢后拟南芥野生型Col-0、bt4突变体和回复突变体抗病相关基因的表达情况。【结果】JA处理和接种灰葡萄孢后,拟南芥野生型Col-0中AtBT4的表达明显增强。但经JA处理后,JA不敏感突变体jar1的AtBT4表达变化趋势与野生型明显不同,AtBT4的表达水平不受JA诱导。SA信号途径相关突变体eds5、sid2和npr1中AtBT4的表达明显低于野生型,但变化趋势与野生型基本一致。bt4突变体中抗病相关基因PR1、PR4、PDF1.2和BIK1的表达明显低于野生型和回复突变体。【结论】AtBT4的表达受JA和灰葡萄孢的诱导,AtBT4突变影响抗病相关基因PR1、PR4、PDF1.2和BIK1的表达,AtBT4可能通过SA、JA信号途径影响拟南芥对灰葡萄孢的抗性。     

拟南芥AtBT4在抵抗Pst DC3000侵染过程中的功能

为明确拟南芥AtBT4基因在抵抗Pst DC3000侵染过程中的功能,本研究检测AtBT4基因的T-DNA插入突变体bt4和bt4-1、回复突变体CE和超表达突变体OE对Pst DC3000的敏感性,结果发现,bt4、bt4-1突变体感病症状较为严重、病菌cfu值明显增强、胼胝质含量明显降低,表明AtBT4基因在拟南芥抵抗Pst DC3000侵染过程中发挥正调控的作用。利用Real-time PCR技术,检测野生型和突变体bt4、bt4-1、CE、OE接种Pst DC3000后SA、JA/ET信号途径关键基因ICS1、NPR1、JAR1、PDF1.2的表达情况,发现bt4和bt4-1突变体中各基因的表达水平显著低于野生型、回复突变体和超表达突变体,表明AtBT4基因正调控ICS1、NPR1、JAR1、PDF1.2的表达。由此推测,AtBT4基因通过调控SA、JA/ET信号途径影响拟南芥对Pst DC3000的抗性。研究结果为进一步阐明AtBT4基因调控拟南芥抵抗Pst DC3000侵染的分子机制奠定了良好基础。     

拟南芥AKIN11基因的过表达及其功能分析

将蔗糖非发酵基因相关蛋白激酶AKIN11克隆到植物表达载体pEGAD的35S启动子下游与GFP融合,基因枪法导入洋葱表皮细胞进行瞬时表达,发现集中在细胞核内表达.农杆菌介导花序浸泡法转化拟南芥,Basta筛选和RT-PCR鉴定得到两个遗传稳定的T3代转基因株系.突变体和野生型的表型没有明显差异,但突变体叶片中淀粉含量较野生型增加.RT-PCR分析淀粉合成途径关键酶的mRNA水平,发现突变体中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶表达量增加,而α-淀粉酶却没有变化.表明AKIN11基因可能在拟南芥淀粉积累途径中起着重要的调节作用.     

拟南芥T1N6_22在抵抗Pst DC3000侵染过程中的功能分析

【目的】明确拟南芥抗灰霉病基因T1N6_22在抗Pst DC3000过程中的功能,分析T1N6_22影响拟南芥对Pst DC3000的抗性原因。【方法】对t1n6_22突变体和转基因回复突变体（t1n6_22/T1N6_22）接种Pst DC3000,检测其症状;采用间苯胺蓝染色法检测接种突变体中胼胝质的积累情况;测定接种叶片中Pst DC3000的生长量,明确T1N6_22在拟南芥抗Pst DC3000过程中的功能。利用RT-PCR技术,检测SA、JA和ET对T1N6_22表达的影响及T1N6_22对抗病防御相关基因表达的影响;利用quantitative real-time PCR技术,检测Pst DC3000对T1N6_22及抗病相关基因表达的影响,分析T1N6_22影响拟南芥对Pst DC3000的抗性原因。【结果】t1n6_22突变体接种Pst DC3000后表现明显的抗病症状,而回复突变体t1n6_22/T1N6_22和拟南芥野生型表现明显的感病症状。SA处理拟南芥野生型,T1N6_22的表达量明显增强,经JA和ACC处理,该基因的表达量无显著变化。t1n6_22突变体中,PAL、PR4、PPO、SOD和CAT的表达水平均明显高于野生型Col-0和转基因回复植株。接种Pst DC3000后,拟南芥野生型中T1N6_22及抗病相关基因PR1、PR3、PR5和PDF1.2的表达量明显增强。【结论】T1N6_22在拟南芥抗Pst DC3000过程中起负调控作用,T1N6_22的表达受SA诱导,可能主要通过调节植物的次生代谢产物的分泌影响拟南芥对Pst DC3000的抗性。     

异三聚体G蛋白在IAA诱导的拟南芥根生长发育中的作用

以拟南芥的野生型（ws）和异三聚体G蛋白α亚基基因GPA1缺失突变体（gpa1-1,gpa1-2）和超表达突变体（wGα,cGα）为材料,通过施加不同浓度（0~0.8 mg/L）的IAA处理,对拟南芥根生长发育的一些形态指标进行了观测比较。结果表明：①随着培养基中IAA浓度的不断升高,5种基因型主根的伸长生长都受到抑制,且抑制作用随浓度升高而增强;4种突变体和野生型主根的生长在相同浓度IAA处理下,无明显差异;②IAA在一定浓度范围内,对拟南芥侧根的生长发育起促进作用;在相同浓度IAA诱导的侧根生长中,缺失突变体明显比野生型侧根多,超表达突变体比野生型侧根少。初步证明,G蛋白不参与主根生长发育的调节,而在侧根生长发育中可能起负调节作用。     

2022 年 11 期目录

  目的  次生细胞壁的发育对于木材的形成至关重要,揭示林木次生壁形成的分子调控机制将为改良其木材品质提供理论依据。  方法  （1）本研究从速生型杨树NE19中克隆得到PdKNAT7基因,并构建表达载体,采用花序侵染法转化拟南芥,筛选得到过表达植株。（2）利用农杆菌介导的瞬时转化法侵染烟草,对PdKNAT7进行亚细胞定位。（3）通过徒手切片观察不同基因型拟南芥花薹基部的次生细胞壁厚度。（4）通过真空渗透的方法瞬时转化84K杨。（5）qRT-PCR分析不同品系杨树中PdKNAT7基因的表达情况,并揭示拟南芥和杨树中参与次生壁形成的相关基因的表达模式。  结果  （1）PdKNAT7定位于细胞核。（2）PdKNAT7主要在NE19杨茎中表达,且表达量高于107杨。（3）与野生型相比,过表达PdKNAT7的拟南芥花薹基部的束间纤维壁变薄,木质部纤维壁变厚,而突变体正好相反;另外,突变体的导管壁更厚。（4）过表达PdKNAT7的拟南芥植株中,4CL1、C4H1、CCR1、CesA8、IRX9和IRX10基因的表达量均下调,突变体中与之相反。（5）瞬时转化PdKNAT7基因的84K杨中,4CL3、C4H1、CCR1、CesA8、IRX9和IRX10基因的表达量也下调。  结论  PdKNAT7通过调控木质素和纤维素的积累来影响拟南芥次生细胞壁的厚度。      

HIGS-SsCCS转基因拟南芥的菌核病抗性鉴定

【目的】菌核病是由核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）引起的一类真菌病害,核盘菌寄主范围广泛,严重危害多种作物的品质。本研究利用寄主诱导基因沉默（HIGS）的方法在寄主中诱导核盘菌致病相关基因的沉默从而增强寄主的菌核病抗性,为菌核病抗病育种提供新的思路。【方法】铜锌超氧化物歧化酶是一种重要的抗氧化剂,以核盘菌铜锌超氧化物歧化酶铜伴侣基因（copper chaperone for copper/zinc superoxide dismutase,SsCCS）为靶基因,通过生物信息学分析该基因的结构特点,并利用MEGA6.0软件构建系统发育树;通过分别比对拟南芥及核盘菌基因组,选择特异的干扰片段进行扩增;采用农杆菌介导的浸花序法,将HIGS载体转入拟南芥Col-0,通过DNA鉴定以及标记筛选出稳定的HIGS-CCS转基因拟南芥;选取4—5周龄的HIGS-CCS转基因拟南芥植株叶片接种核盘菌野生菌株1980,于接种24 h后统计病斑面积,分析转基因株系的菌核病抗性;通过qRT-PCR分析核盘菌侵染转基因植株过程中SsCCS的表达情况;同时在接种6、12、24 h后利用DAB染色的方法检测转基因植株与核盘菌互作过程中H₂O₂的积累。【结果】生物信息学分析结果表明,SsCCS（SS1G_00102）全长为1 010 bp,编码序列长759 bp,共编码253个氨基酸,该蛋白分子质量为27 176.96 Da,等电点（PI）为5.04,与灰霉病菌BcCCS（EDN25358）亲缘关系最近,氨基酸同源性达到87%,与拟南芥AtCCS（AT1G12520.1）亲缘关系较远;通过与核盘菌以及拟南芥基因组比对,选择314 bp特异干扰片段,成功构建SsCCS的HIGS表达载体,转化拟南芥。T₁及T₂代转基因拟南芥接种核盘菌24 h后的病斑面积均小于野生型拟南芥。从T₂代中获得3个稳定表达的T₃代HIGS-CCS转基因拟南芥株系：HIGS-CCS-5、HIGS-CCS-8、HIGS-CCS-13;与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥在接种核盘菌24 h后,病斑面积显著减小46%—61%;qRT-PCR结果显示核盘菌在侵染转基因植株过程中,SsCCS的表达量显著低于侵染野生型拟南芥。DAB染色结果表明,在侵染过程中,转基因拟南芥植株中H₂O₂的积累明显少于野生型拟南芥,ROS水平降低。【结论】利用HIGS方法在拟南芥中干扰核盘菌SsCCS的表达能够显著提高拟南芥的抗病性,研究结果为油菜等农作物菌核病抗病改良提供了参考。     

烟草糖基转移酶基因SM-Ngt1在拟南芥中抗菌核病的初步研究

通过对转糖基转移酶基因SM-Ngt1的拟南芥T2代阳性植株接种油菜菌核病菌,鉴定其对菌核病的抗性,并应用实时荧光定量PCR(RT-PCR)确定植株中SM-Ngt1的表达水平。结果表明,拟南芥中SM-Ngt1基因对菌核病具有一定的抗性,且抗性的高低与体内SM-Ngt1的表达量具有明显的一致性。     

甘蓝型油菜品种（系）对菌核病抗（耐）病性的测定

用草酸浸根和黑麦粒接种两种方法分别对来自中国和加拿大等国的１５个春性和１６个冬性、半冬性甘蓝型油菜品种（系）进行了抗（耐）菌核病的鉴定。结果没有发现高抗类型，但是甘蓝型油菜品种（系）之间存在着感染菌核病轻重程度的显著差异。     

甘蓝型油菜抗菌核病材料的筛选研究

为了创造新的抗菌核病油菜种质材料,以品质优良、再生频率较高的甘蓝型黄籽油菜品系SH21,K81和甘蓝型黑籽品系P98的种子、预培养的下胚轴为诱变材料进行不同剂量的γ射线照射处理,以草酸为筛选剂,筛选抗(耐)菌核病材料,结果表明,草酸筛选浓度为700 mg/L,效果较好;3个品系通过草酸筛选,获得14株耐草酸植株,经过菌核病菌丝接种鉴定与筛选,筛选出7株抗性较高的植株。     

Transformation of Arabidopsis thaliana via Agrobacterium tumefacience with an endochitinase gene from Trichoderma, and enhanced resistance to Sclerotinia sclerotiorum

Sclerotinia sclerotiorum is an important pathogen to many crops and is especially damaging to rape in China. As a model plant Arabidopsis thaliana (Col0) was transformed by spraying Agrobacterium tumefacience with Trichoderma endochitinase gene ThEn-42 at initial bud stage. Eleven seedlings (corresponding to about 0.22 percent transformation) exhibited resistance to hygromycin. The DNA fragment unique to endochitinase (ThEn-42) was amplified by Arabidopsis leaf-PCR or genomic DN…     

甘蓝型油菜抗菌核病近等基因系和感病亲本蛋白差异的初步研究

【目的】建立适合于提取油菜叶片全蛋白的三氯乙酸/丙酮沉淀法,为今后油菜蛋白质组学的研究提供参考,明确菌核菌诱导抗、感菌核病油菜后的蛋白差异表达情况,为寻找抗菌核病基因提供线索。【方法】以油菜抗菌核病近等基因系98C40(抗原来自湘油15)和感菌核病亲本98C40为材料,在其生长的苗期阶段,接种菌核菌72 h之后,分别提取其叶片全蛋白。运用双向电泳技术、PD-quest软件、质谱技术对其进行差异蛋白质组分析。【结果】检测到抗病98C40(抗原来自湘油15)与感病亲本98C40之间有4个差异蛋白点,蛋白点a,线粒体ATP合酶F1β亚基(mitochondrial F1 ATP synthase beta subunit);蛋白点c,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinas);蛋白点d,噻唑生物合成酶(THI1);这3个蛋白只在抗病98C40(抗原来自湘油15)上表达,而在感病亲本98C40上不表达。蛋白点b,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase);按5倍差异表达量计算,在抗病98C40(抗原来自湘油15)上高表达,而在感病亲本98C40上低表达。【结论】这4个蛋白都是油菜代谢相关蛋白,它们可能在油菜抗菌核病的反应中发挥作用。     

向日葵菌核病菌毒素的生产及其生物活性的测定

首次报道了向日葵核病菌[Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary]在离体，活体培养条件下均能产生草酸毒素，研究表明，在扫描电镜下，Ca^2 离子结晶可形成草酸钙晶体，且多分布在孔及表皮毛周围；该菌的培养滤波及粗毒素对种子萌发胚轴伸长和幼草生长等都有毒害或抑制作用。     

拟南芥CYP76C2基因(At2g45570)的克隆及其菌核病抗性功能分析

以拟南芥基因组DNA为模板,扩增出细胞色素P450(CYP76C2)基因的ORF,成功构建了CYP76C2基因的过表达载体并获得转基因植株.通过离体和活体接种表明,CYP76C2基因的过表达植株对核盘菌的抗性增强.     

Transgenic Arabidopsis thaliana expressing a wheat oxalate oxidase exhibits hydrogen peroxide related defense response

Oxalic acid(OA) is considered as an important pathogenetic factor of some destructive diseases caused by some fungal pathogens such as Sclerotinia sclerotiorum. Oxalate degradation is important for plant health, and plants that contain oxalate oxidase(OXO) enzymes could breakdown oxalate into CO_2 and H_2O_2, which subsequently evokes defense responses. However, some species, such as Arabidopsis thaliana, have no oxalate oxidase activity identified to date. The present study aims to develop transgenic Arabidopsis expressing a wheat oxalate oxidase, to test for the response to OA exposure and fungal infection by S. sclerotiorum. The results showed that the transgenic Arabidopsis lines that expressed the wheat OXO exhibited enhanced resistance to OA exposure and S. sclerotiorum infection in the tolerance assays. In the same manner, it could convert OA to CO_2 and H_2O_2 to a higher extent than the wild-type. Intensive osmotic adjustments were also detected in the transgenic Arabidopsis lines. The higher level of produced H_2O_2 subsequently induced an elevated activity of antioxidant enzymes including superoxide dismutase(SOD) and peroxidase(POD) in the transgenic Arabidopsis plants. The present study indicated that the expression of a gene encoding wheat OXO could induce intensive osmotic adjustments and hydrogen peroxide related defense response, and subsequently increased tolerance to S. sclerotiorum in transgenic A. thaliana.     

壳寡糖诱导油菜抗菌核病机理研究初探

壳寡糖作为一种有效的生物农药已被应用于多种农作物,田间使用发现其可诱导油菜抗油菜菌核病,但机理不甚明了。本试验证明此诱抗有时间依赖性,接种核盘菌前提前3 d用50μg/mL浓度壳寡糖预处理的植株有最佳防治效果,防效高达72.1%。而平板抑菌试验证明壳寡糖对核盘菌的生长没有直接抑制作用,说明油菜对菌核病的抗性来源于壳寡糖激发的植物自身系统抗性。利用半定量RT-PCR检测发现油菜中重要的抗性基因BnPDF1.2可被壳寡糖诱导表达水平升高,壳寡糖还可以诱导茉莉酸生成途径中关键酶脂氧合酶(LOX)的活性升高,说明壳寡糖诱导油菜抗菌核病可能由JA/ET途径介导。     

用等位基因特异性寡核苷酸（ASO）-PCR快速检测抗多菌灵的油菜菌核病菌

 通过3对兼并性引物扩增获得与S.sclerotiorum抗药性相关的β-微管蛋白基因，全长1 685 bp，包含4个内元，相应的编码447个氨基酸。该基因与其它6种线状真菌的β-微管蛋白基因相比，氨基酸序列同源性达95.78%～97.66%，但内元数目和大小不同。比较S.sclerotiorum敏感型和抗药性菌株的β-微管蛋白基因，发现该基因第198位氨基酸由谷氨酸突变为丙氨酸，从而导致田间抗药性的产生。为了快速、准确监测田间抗药性频率，根据S.sclerotiorumβ-微管蛋白基因的突变位点设计了2对等位基因特异性寡核苷酸（ASO），直接以菌核的基因组DNA为模板扩增，所需时间约为6 h，抗药性检出率为100%，与传统菌丝直径法的测定结果相比检测准确率为96%，而传统的检测方法至少需要1～2周。