胞囊线虫侵染抗感大豆品种后根系谷胱甘肽代谢水平差异研究

以大豆胞囊线虫3号生理小种抗性品种灰皮支黑豆(ZDD2315)和感病品种辽豆15为材料,室内人工接种大豆胞囊线虫,检测抗、感品种侵染后二龄幼虫数量变化及根内活性氧变化,利用Real-Time Quantitative PCR分析了在大豆胞囊线虫3号生理小种互作下谷胱甘肽代谢途径相关基因在抗感大豆品种根内的相对表达量变化情况。结果表明:接种后第5天,抗感品种根内幼虫的数量大致相同;第15天,在灰皮支黑豆中,根内线虫幼虫数量减少;辽豆15根内H2O2含量始终略高于灰皮支黑豆;大豆胞囊线虫侵染后,谷氨酰胺半胱氨酸连接酶基因接种后3个时期的表达均上调;而谷胱甘肽合成酶基因在感病品种和抗病品种中处理组呈现了不同的表达趋势,尤其在接种15 d,在抗病品种灰皮支黑豆中表达下调,而在感病对照中表达上调;H型谷胱甘肽合成酶基因在抗性品种灰皮支黑豆中下调,说明谷胱甘肽相关基因的减少和下调在抗病品种灰皮支黑豆对大豆胞囊线虫的抗性呈正相关,导致大豆根系的氧化性增强,从而不利于大豆胞囊线虫的定殖和发育。     

灰皮支黑豆抗大豆胞囊线虫3号生理小种的生理机制

以抗感大豆胞囊线虫3号生理小种品种灰皮支黑豆(ZDD2315)和辽豆15为材料,室内人工接种大豆胞囊线虫,接种后5、10、15、20、25、30 d取样,测定抗感品种接种与未接种根内丙二醛(MDA)、可溶性糖和可溶性蛋白含量的动态变化,初步明确灰皮支黑豆抗大豆胞囊线虫3号生理小种的生理机制.结果表明:大豆受大豆胞囊线虫侵染后,抗病品种灰皮支黑豆根内丙二醛(MDA)、可溶性糖含量低于感病品种辽豆15,而可溶性蛋白含量高于感病品种辽豆15.     

灰皮支黑豆抗大豆胞囊线虫4号生理小种的生化机制研究

以抗、感大豆胞囊线虫4号生理小种的灰皮支黑豆和晋豆11为材料,人工接种胞囊线虫,在出苗后定期取样,测定抗、感品种接种与未接种处理根系苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)活性以及根系内丙二醛(MDA)和超氧阴离子自由基(O.2-)含量的动态变化,以初步明确灰皮支黑豆抗大豆胞囊线虫4号生理小种的生化机制。结果表明,受大豆胞囊线虫4号生理小种侵染后,抗、感品种根系内PAL、SOD、POD、PPO酶活性均有增加,并且抗病品种根系酶活性增加相对较多,且持续时间长,而MDA和O.2-含量则在感病品种晋豆11中明显升高。在抗病品种根系中,接种前后MDA和O.2-含量变化不大。表明抗病品种比感病品种具有更强的防御能力和抗膜脂过氧化能力。     

大豆胞囊线虫胁迫下GmCHS基因表达及异黄酮含量变化分析

异黄酮作为植保素,在生物因素、非生物因素的胁迫下,都发挥着重要抗逆作用,而查尔酮合成酶(CHS)是异黄酮形成途径中的关键位点,为研究GmCHS在大豆胞囊线虫胁迫下的响应表达,以便进一步揭示大豆抗大豆胞囊线虫的分子机理,本研究选取抗病品种灰皮支黑豆和感病品种Williams 82,在大豆胞囊线虫3号生理小种胁迫后的不同时期检测CHS5、CHS7、CHS8、CHS9基因的表达,并测定其下游产物异黄酮成分中的大豆苷元和黄豆黄素的含量.结果显示:感病品种中CHS5、CHS7、CHS8、CHS9基因的相对表达量变化程度较抗病品种小.胁迫5d时,抗病品种中4个查尔酮合成酶基因均明显上调表达,与实验室前期大豆转录组测序中CHS7、CHS8均上调表达结果一致.进一步对两个品种主要异黄酮成分含量的检测结果表明,大豆苷元相较于黄豆黄素在大豆胞囊线虫胁迫下响应更加敏感,其中大豆苷元在Williams 82无响应,而在灰皮支黑豆接种5,10,15 d均出现了显著差异,可见异黄酮中的大豆苷元很可能是响应大豆胞囊线虫胁迫的重要成分之一.因此,初步认为CHS基因在抗大豆胞囊线虫的抗性机制中具有重要作用.     

线虫胁迫下大豆钙调蛋白基因的表达分析

为明确受到大豆胞囊线虫侵染后大豆根部钙调蛋白基因的表达水平,以感病品种辽豆15和抗病品种灰皮支黑豆(ZDD2315)为材料,分别在接种线虫(SCN3)1d,3d,5d,9d,15d,20d取样,提取接种和未接种的大豆根部总RNA,利用实时荧光定量PCR检测大豆钙调蛋白家族:SCaM1、SCaM2、SCaM3、SCaM4和SCaM5基因的表达量。通过扩增SCaM4基因编码区序列,构建与报告基因GFP融合表达的细胞定位检测载体p COMBIA1303-SCaM4,采用农杆菌介导的方法将其瞬时表达在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片上,激光共聚焦显微镜观察。结果表明无论是抗性品种灰皮支黑豆还是感病品种辽豆15,在线虫侵染后5个钙调蛋白基因的表达量都在接种后第5d达最大值,其中灰皮支黑豆SCaM4基因接种后表达量高达12.73,是未接种的1.85倍,为感病品种的1.96倍,初步认为SCaM4可能参与了灰皮支黑豆抗线虫的过程。亚细胞定位的结果表明SCaM4蛋白定位在细胞膜上。     

大豆胰蛋白酶抑制剂与大豆抗大豆胞囊线虫的关系

对大豆胞囊线虫3号小种的抗病品种Hartwig和小粒黑豆,感病品种辽豆15和中黄28分别接种线虫,检测大豆根系中大豆胰蛋白酶抑制剂的表达量对大豆抗胞囊线虫的抗性.经过胰蛋白酶抑制剂活性测定结果表明,接种大豆胞囊线虫的抗感品种的大豆胰蛋白酶抑制剂(STI)表达量明显高于未接种的品种,各个品种的STI表达量也不同.说明大豆胰蛋白酶抑制剂参与抗病过程.但是各个品种的变化趋势并不相同,表明抵御线虫的抗病作用机制存在品种间差异.     

抗大豆胞囊线虫3号生理小种(SCN3)核心种质代表性分析

大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)病是大豆生产中最严重的病害,这种病害最好的防治措施就是培育抗性品种.然而,中国大多数大豆育成品种都不抗SCN3.为了有效的研究和利用中国的大豆抗胞囊线虫种质资源,将64份中国小黑豆品种(包括鉴别寄主)对现有的1、2、3、4、5、7、14号7个大豆胞囊线虫(Hererodera glycines)生理小种进行了抗性鉴定,应用SPSS统计系统软件将供试品种的抗病基因进行分类;同时调查了在田间根部感染SCN3的胞囊数量.结果表明:在相似距离为0.52时,将供试64个品种按含有抗感大豆胞囊线虫生理小种的抗性基因差异,可以划分为7大类.在田间连续5年(2003～2007)跟踪调查不同大豆根部侵染的胞囊量情况,平均胞囊量为0的有应县小黑豆等共18个品种;平均胞囊量为0.07的有哈尔滨小黑豆等共8个品种;平均胞囊量为0.13的有平顶山和茶豆;其它各品种的平均胞囊量均在0.13～6.00之间.综合上述试验结果以及各品种的农艺性状,选用等比例取样法构建了由16份种质资源组成的抗SCN3初选核心种质.抗SCN3初选核心种质的建立,为深入了解中国大豆抗性种质的遗传多样性、研究SCN3复杂抗性遗传变异规律和发掘新基因提供了合理的样本,同时将有助于加速抗病育种的进程,满足生产上的需要.     

不同大豆品种根系对大豆胞囊线虫趋化性的影响

以4种不同抗性大豆品种为试材,研究了离体大豆胞囊线虫二龄幼虫对不同抗性大豆品种幼根和不同时期根系分泌物的趋化性.结果表明:在不同抗性不同苗龄大豆根系分泌物作用下,二龄幼虫在根系分泌物周围0～1 cm区间内的分布存在明显差异.感病品种辽豆10在根系分泌物周围0～1 cm区间内的平均分布率最高,达到12.21%,最高峰出现在6 d苗龄.而灰皮支黑豆等抗病品种对二龄幼虫的吸引高峰均出现在大豆出苗18 d后.研究二龄幼虫对离体幼根的趋性时发现,感病品种辽豆10的幼根对大豆胞囊线虫的二龄幼虫具有强烈的吸引性,而抗病品种灰皮支黑豆的幼根对大豆胞囊线虫的二龄幼虫具有排斥作用.     

抗性候选基因GmMIOX4的表达分析、克隆及过表达载体的构建

将两个不同抗性大豆品种灰皮支黑豆和辽豆15人工接种大豆胞囊线虫3号生理小种(SCN3),利用实时荧光定量PCR技术,对SCN3侵染后的早期和线虫完成一个整个生活史时的Gm MIOX4基因相对表达量变化进行分析。结果表明:在SCN3侵染下,辽豆15根内的Gm MIOX4基因在25 dpi时,相对表达量升高,而灰皮支黑豆根内的Gm MIOX4基因在10 dpi时被诱导表达,相对表达量达到最高值,表明该基因在此时期发挥一定作用。线虫侵入大豆根内10 d是其通过合胞体吸取寄主营养从而维持正常生长发育的时期,在10 dpi该基因被诱导表达,使其合胞体结构发生改变,从而抑制线虫发育,最终导致死亡或使灰皮支黑豆根内成虫数量减少,起到抗病效果。随后以抗性品种灰皮支黑豆根系总RNA为模板,利用RT-PCR技术获得了939 bp的Gm MIOX4基因的CDS序列,克隆得到质粒p GEM-MIOX4,再以得到的Gm MIOX4序列为材料构建过表达载体p CAM-MIOX4,为进一步研究Gm MIOX4基因功能奠定了基础。     

大豆与胞囊线虫互作中GmPR的表达研究

为探究大豆在大豆胞囊线虫(Heterodera glycines)胁迫下病程相关蛋白基因(GmPR)的表达情况,以大豆(Glycine max)感病品种辽豆15和抗病品种灰皮支黑豆为材料,通过实时荧光定量PCR和亚细胞定位,检测了大豆接种大豆胞囊线虫后,六种GmPR基因的表达水平,分析这些基因在抗病品种和感病品种中的表达情况,并且构建了融合表达载体以探究GmPR2和GmPR10在亚细胞水平的分布情况。结果表明,在抗病品种中,胞囊线虫强烈诱导GmPR2(β-1,3-葡聚糖酶基因)的表达,在线虫的侵染初期和发育期大幅度上调表达,在感病品种中表达量差异不显著,表明葡聚糖酶基因可能在大豆抗胞囊线虫中起到抗性作用;GmPR3和GmPR10在线虫发育期表达量达到最高值,表明这些基因可能与大豆抗胞囊线虫发育的调控有关。通过亚细胞定位研究,GmPR2主要分布于细胞膜,GmPR10主要分布于细胞质和细胞核,与预测结果相符。大豆胞囊线虫的侵染能够不同程度地提高病程相关蛋白基因转录水平,GmPR基因的表达特点表明其在大豆抗胞囊线虫过程中起不同的作用。     

抗病基因对大豆胞囊线虫3号生理小种的选择作用

为了解育成抗病品种抗性稳定性及胞囊线虫生理小种侵染力的变异,于2005～2008年,应用黑龙江省发生的大豆胞囊线虫3号生理小种及已经通过鉴定的抗大豆胞囊线虫3号生理小种的品种,哈尔滨小黑豆、灰皮支等8个品种和感病对照品种Lee68为材料,进行抗病基凶对大豆胞囊线虫3号生理小种选择作用研究.在盆栽条件下,强迫大豆胞囊线虫3号生理小种的群体在抗病品种上繁殖10代,选用5个标准鉴定大豆胞囊线虫生理小种的鉴别品种,重新鉴定经抗病基因选择后的大豆胞囊线虫的生理小种类型.结果表明:原来为3号生理小种的线虫群体,经在抗病品种抗线虫1号、抗线虫2号、抗线虫3号、抗线虫4号、抗线虫5号上连续选择10代之后,变为6号小种;经在厌皮支黑豆上选择之后变为10号小种;经在Peking上选择之后变为14号小种,经在哈尔滨小黑豆上选择之后变为15号小种.上述鉴定结果说明,原大豆胞囊线虫生理种群体,经过在抗病品种上连续强迫繁殖后,形成新的生理小种,并使原扰病品种变为感染品种,认为在生产上采用轮作方式是保持抗线品种抗性稳定性的有效途径.     

五寨黑豆对大豆胞囊线虫3号生理小种的抗性遗传分析

大豆胞囊线虫3号生理小种是东北大豆产区分布最广、危害最大的生理小种,五寨黑豆对包括大豆胞囊线虫3号生理小种在内的7个生理小种具有高抗性。以黑龙江省主栽品种合丰35为母本,与五寨黑豆进行杂交,通过鉴定F_2、F_3代对大豆胞囊线虫3号生理小种的抗性,研究了五寨黑豆对大豆胞囊线虫抗性遗传。结果表明:在以合丰35为遗传背景下,五寨黑豆对SCN 3号生理小种的抗、感分离比例符合孟德尔遗传规律中1∶3的分离比例,表明五寨黑豆对SCN 3号生理小种的抗性是由1对隐性基因控制。     

大豆抗胞囊线虫的育种及大豆品种中黄26及中黄54的选育

中国农业科学院作物科学研究所自1991年开始从事黄淮海地区大豆育种以来,将抗大豆胞囊线虫育种作为主要育种目标之一,每年均配制一定数量的抗胞囊线虫育种组合,经过筛选鉴定及育种实践,比较好的抗源是PI437654、灰皮支黑豆和五寨黑豆等,通常以大面积推广的优良品种和新育成的高产品系为母本,抗源为父本进行杂交,取得了较好结果,以单8为母本,PI437654为父本进行杂交,育成2个品种,一个是中黄26,在北京地区推广;另一个是国审品种中黄54,在西北地区推广。     

大豆肌醇加氧酶基因响应线虫胁迫的表达分析

肌醇加氧酶通常与植物细胞壁的合成以及诱导合胞体发育相关。为确定大豆胞囊线虫侵染大豆根部后,肌醇加氧酶基因表达水平的变化,以感病品种辽豆15和抗病品种灰皮支黑豆、哈尔滨小黑豆和小粒黑豆为试验材料,在人工接种大豆胞囊线虫3号生理小种后,利用实时荧光定量PCR检测肌醇加氧酶家族基因表达量。结果表明,抗病品种中GmMIOX2基因均在接种后5d表达量达到最大,而感病品种变化并不明显。GmMIOX4基因在抗病品种灰皮支黑豆、哈尔滨小黑豆和小粒黑豆中表达量分别在接种后5d,20d和10d显著高于感病品种的表达量。表明GmMIOX2和GmMIOX4基因与大豆胞囊线虫发育调控相关。通过扩增Gm MIOX基因的CDS序列,构建GFP融合表达载体p CAMBIA1303-MIOX2和p CAMBIA1303-MIOX4,农杆菌浸润法注射本氏烟叶片进行亚细胞定位观察,GmMIOX2蛋白主要分布在细胞膜,GmMIOX4蛋白主要分布在细胞质和细胞膜。生物信息学分析表明,GmMIOX2和GmMIOX4蛋白结构域主要由α螺旋构成,蛋白序列进化分析发现GmMIOX2和GmMIOX4分别与拟南芥At MIOX1、At MIOX4亲缘性较近。     

大豆胞囊线虫不同生理小种对大豆生理指标的影响

对3个大豆品种辽豆10、PI88788和PI90763子叶展开后同时接种大豆胞囊线虫1号、3号和14号生理小种.分别于接种后6、12、18、24和30 d取样,测定各品种根部丙二醛含量、电解质渗透率以及叶片的叶绿素含量3项生理指标,分析不同大豆品种接种大豆胞囊线虫不同生理小种后生理变化以及各品种与所接种线虫的抗性关系.结果表明:PI88788接种大豆胞囊线虫1号生理小种和PI90763接种14号生理小种后3种生理指标均显著高于对照,而 PI88788接种大豆胞囊线虫3号和14号生理小种后3种生理指标略高于对照;PI90763接种大豆胞囊线虫1号和3号生理小种后3种生理指标略高于对照.试验结果表明PI88788对大豆胞囊线虫3号和14号生理小种具有一定的抗性;PI90763对于大豆胞囊线虫1号和3号生理小种具有一定的抗性.不同大豆品种对大豆胞囊线虫不同生理小种的抗病性与接种SCN后大豆植株内丙二醛含量、电解质渗透率以及叶绿素含量的变化密切相关.     

大豆抗胞囊线虫4号生理小种SSR标记筛选及优异种质鉴定

大豆抗胞囊线虫的表型鉴定工作量较大,鉴定结果易受环境影响,是抗源筛选和抗病品种选育的限制因素之一。不受时间、环境限制的分子标记鉴定为抗病鉴定提供了一种高效快捷准确简单的鉴定方法。为筛选可用于抗大豆胞囊线虫4号生理小种分子标记引物,本研究采用基因型鉴定和人工接种鉴定相结合的方法鉴定193份大豆资源的大豆胞囊线豆抗性。以部分高抗大豆资源和高感资源为材料,对1 000对SSR引物进行初筛,用初筛获得的引物扩增193份抗、感大豆资源,筛选抗胞囊线虫4号生理小种(SCN 4)SSR标记引物,用于大豆抗胞囊线虫4号生理小种分子标记辅助鉴定。结果表明:筛选出4个与大豆胞囊线虫4号生理小种相关的SSR标记,分别为Satt400、Satt680、Satt533和Satt504。Satt400、Satt680、Satt533和Satt504对感病资源的检出率均为100%,对抗病资源的检出率分别为70.58%、63.15%、92.3%和57.14%。结合人工接种鉴定结果显示,4个标记组合鉴定可提高对胞囊线虫4号生理小种抗性的选择效率,达100%。经人工接种鉴定,从193份资源中筛选出12份抗病资源,其中10份资源为高抗,2份资源为中抗。这12份抗源的4个SSR标记带型均为抗病带型,其余感病和高感资源的4个SSR标记带型则至少有一个为感病带型。因此,利用分子标记评价抗感特性的标准为被1个或1个以上的感病带型检出的资源为感病资源,当4个标记均为抗病带型,该资源为抗病资源。利用该引物组合对山西省种质库提供的100份资源进行鉴定。筛选出4份抗源,人工接种鉴定结果表明,黑豆、小颗黑和晋1265(茶)3份资源抗性级别为高抗,大黑豆抗性级别为中抗。因此,该引物组合可有效辅助鉴定大豆对胞囊线虫4号生理小种的抗性。     

利用抗感品种混种防治大豆胞囊线虫效果的研究

在温室条件下以抗大豆胞囊线虫品种抗线4号和非抗大豆胞囊线虫品种黑农35为试材,探讨了品种混种对感病大豆生长发育的作用和抗线4号根系浸出物对黑农35生长发育的影响。结果表明,接种SCN后,大豆植株生长受抑制,其中抗线4株高减少幅度最高达到21.4%,主根长减少最高达到24.9%,侧根数减少幅度为7.8%～55.1%;黑农35清种时受大豆胞囊线虫危害,株高减少15.5%～30.8%,主根长减少17.2%～32.3%,侧根数减少最高达到71.9%。抗线和非抗线品种混种有利于大豆抵御大豆胞囊线虫的危害,促进植株的生长发育,与黑农35清种相比,品种混种作物群体的株高、植株鲜重、根鲜重和根长增加幅度分别高达16.9%、11.4%、17.9%和22.2%,与抗线4清种相比,品种混种主根长度增加最显著,达到9.3%。抗线4根系浸出物浇灌黑农35不接种SCN处理各测定指标的增幅达0.1%～8.4%,浇灌接种SCN的黑农35,各处理测定指标的增幅达9.7%～39.4%,说明抗性与非抗性品种混种后根系间相互作用可以促进非抗性品种生长发育,抵御大豆胞囊线虫的危害。     

胞囊线虫侵染不同抗性大豆品种根系的组织病理学差异研究

为明确对大豆胞囊线虫病具有不同抗性的小黑豆品种的抗性机制,利用石蜡切片技术对线虫侵染不同抗性大豆品种根系的组织病理学差异进行了研究。结果表明:在侵染初期,抗感品种侵入根内的线虫数量没有明显差异,抗病品种形成合胞体的时间要早于感病品种辽豆15,哈尔滨小黑豆较早地在中柱内形成了合胞体,抗侵入能力较弱。随着线虫的侵染,抗病品种逐渐形成过敏性坏死反应,阻止线虫发育使根内形成非常少量的雌虫,其中灰皮支黑豆根内几乎没有雌虫形成,抗发育能力最强。感病品种辽豆15根内没有发生过敏性坏死反应形成了大量雌虫。在寄主维管束中,侵染后期中柱内形成的合胞体会使感病品种辽豆15木质部外移,根内导管数量减少,不利于水分运输的安全性。而3个抗病品种小黑豆的木质部组织结构没有发生病变,利于大豆的正常生长。     

不同抗性的大豆品种对田间大豆胞囊线虫群体动态的影响

对不同抗性的大豆品种与大豆胞囊线虫的田间动态关系的研究。研究结果表明，不同抗性大豆品种对田间大豆胞囊线虫群体均有较大的影响。感病品种辽豆10根际中J2含量在5月24日达高峰，每100ml土壤中60.4条，而抗病品种Peking根际与休闲地中J2的变化趋势相似；胞囊量在6月6日有一高峰，为23.3个/100ml土；抗病品种PI90763、哈尔滨小黑豆、应县小黑豆、Franklin根内的J2数量在5月24日达高峰，但从J2、J3、J4整体动态变化结果来看，可初步认为辽K89102为抗侵入品种，PI90763为抗发育品种，辽豆10和开育10是高感品种。     

世界大豆生产和科研的进展(续四)

(接续三)生态学观点已经应用于对大豆胞囊线虫的研究中。例如,研究环境和基因型的互作,不仅可以提供防治大豆胞囊线虫的理论依据,而且也为抗性品系的筛选提供新思路。目前,美国对大豆胞囊线虫病与大豆猝死病(SDS)之间关系研究较为热门,Giammaria发现大豆胞囊线虫对于SDS的发病不是必需的,但是研究结果表明,赤霉菌(Fusarium)和大豆胞囊线虫共同接种可使SDS的发病更迅速和更严重。大田实验结果表明,大豆胞囊线虫感病品种对SDS的抗感性反应可以根据大豆胞囊线虫小种的致病性不同而不同,这也说明品种对大豆胞囊线虫的抗性与对SDS的抗性有…