玉米穗腐病抗性机制及抗病育种研究进展

玉米穗腐病是由病原菌侵染引起果穗或子粒病变的一种真菌性病害,在世界玉米种植区域普遍发生。本文总结玉米穗腐病研究最新研究进展,从病原菌类型及生理小种、抗性种质资源筛选、抗性机制、抗性遗传、抗性基因与分子标记定位等方面对玉米穗腐病进行全面综述,结合当前玉米穗腐病研究现状进行展望,为玉米穗腐病的抗病分子机制及分子辅助育种提供理论参考。     

茉莉酸和乙烯信号转导途径参与花生应答果腐病病原菌侵染的转录组测序分析（英文）

花生果腐病是花生生产上的一种重要病害,对花生的产量和品质构成了严重威胁。本研究以花育20号感病前后籽仁为样品,进行转录组测序,得到Unigene 60 756个,其中表达量上调的基因10 147个,下调的基因4 334个;GO富集分析表明,差异表达基因被分类到24种细胞组分、5种分子功能和23种生物过程中;KEGG富集分析发现有4 291个差异基因被注释到34条代谢通路中。筛选得到多条花生响应果腐病相关的激素信号转导途径,通过分析相关基因的表达图谱,推测花生可能通过JA/ET介导的抗病途径来抵抗果腐病病原菌的侵染。     

吉林省玉米镰刀菌穗腐病和茎腐病病原菌传染循环研究

玉米茎腐病病原菌禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum Schwabe)、串珠镰刀菌(F.moniliform sheldon )及腐霉菌(Pythium spp)中，可引起穗粒腐的只有禾谷镰刀菌及串珠镰刀菌两种。串珠镰刀菌是玉米穗腐病的主要病原菌，而禾谷镰刀菌是茎腐病的优势病原菌。其传染循环是由种子和土壤带菌诱发苗病，再导致茎腐病，又通过体外传染至穗部，发生穗粒腐。     

玉米穗、茎腐病致病串珠镰孢菌的侵染循环关系研究

串珠镰孢菌(F. moniliforme)既是玉米穗腐病的主要致病菌,也是玉米茎腐病的主要致病菌.长期以来,对玉米穗腐病和茎腐病各自的病原学和发生规律均有一定研究,但对两种病害串珠镰孢菌的侵染循环关系,缺乏深入研究,给两种病害的协调防治带来一定困难.本文对两种病害串珠镰孢菌的侵染循环关系进行了初步研究,为两种病害的综合治理、抗源筛选及抗病育种工作奠定基础.     

玉米穗粒腐病抗病资源鉴定

通过人工接种串珠镰刀菌,进行玉米穗粒腐病抗性鉴定.从90份玉米自交系中筛选出15份高抗材料和27份中抗材料.结合血缘追踪发现,78599和78698等先锋海外种子公司育成的玉米杂交种的衍生自交系普遍具有较高的抗性。     

小麦近等基因系幼穗二棱期转录组分析

抽穗期是与小麦适应性直接相关的一个很重要的性状,直接或间接影响小麦的产量和抗性。为明确控制抽穗期的关键表达基因,以抽穗期分别为196d和184d的小麦近等基因系Y57和96-2为材料,对其二棱期幼穗分别构建转录组测序文库,利用Illumina HiSeq 2500平台进行RNA-seq测序;将获得的clean read与中国春参考序列比对,得到unique read,采用FPKM法计算基因表达量,对差异表达基因进行功能注释、GO和COG功能分类以及KEGG通路分析。结果表明,供试材料经过测序获得质量不低于30的碱基比例(Q30)均高于85.5%;Y57和96-2分别有60 246 194和60 963 580条clean read,其中63.11%和69.51%能与参考基因组序列匹配。共筛选到395个差异表达基因,有382个基因得到功能注释;有298个基因获得GO功能注释,主要涉及细胞组分、结合、细胞反应和代谢过程;COG注释的基因主要涉及一般功能、信号转导机制和转录;KEGG功能注释分析发现,显著富集在光合作用-天线蛋白通路上的基因均上调表达。编码丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2A的基因在Y57中几乎不表达,而在96-2中表达量较高。进一步分析发现,多个与生长发育、抽穗开花相关的转录因子在两个材料中的表达差异显著。此结果可为深入研究抽穗期相关基因和穗发育调控机制奠定基础。     

预防478系玉米种穗粒腐病研究初报

玉米穗粒腐病是世界性病害,它主要危害玉米种的果穗子粒,从而直接影响制种产量,造成严重的经济损失。引起此病的致病菌是串珠镰刀菌,它不随着玉米类型、胚乳质地、胚乳成分的不同而改变,但对不同的种核组成成分不同而有明显的选择性。为此,采用不同的父本亲本对478自交系进行杂交对比,从而寻找到预防478系玉米种穗粒腐病的最经济有效的办法;同时筛选出以豫玉12、豫玉18等为代表的适合河南农业生态条件,抗穗粒腐病的优良玉米杂交种,应用于农业生产。     

玉米镰孢穗腐病发生条件及化学防治效果研究

通过人工接种筛选抗病品种资源,研究播期、种植密度对病害发生的影响,明确玉米镰孢菌穗腐病发生与品种资源、播期、种植密度的关系,分析棘孢木霉菌颗粒剂(TCF)和XDS种衣剂(40%毒死蜱乳油、20%辛硫磷和10%井岗霉素混剂)对玉米穗腐病的防效。结果表明,32个自交系中有6个抗病自交系,延迟播种玉米镰孢菌穗腐病发生严重,播种密度对病害发生程度无显著影响。人工接种条件下,TCF颗粒剂穴施、XDS种衣剂拌种2个处理表现为百粒重增加、秃尖长度降低,TCF颗粒剂穴施处理的防效最高,为48.69%。     

玉米穗腐病抗性遗传与育种研究进展

总结玉米穗腐病最新研究进展,从发病症状、侵染途径、病原菌种类、抗性鉴定方法、抗性种质鉴定、抗病遗传机制解析等方面进行综述,结合当前玉米穗腐病的抗病育种研究现状进行展望,为玉米穗腐病抗病种质资源的创制及抗病新品种的选育提供理论参考。     

番茄抗病基因Ty-3的SCAR标记及检测

[目的]通过建立与番茄黄化曲叶病毒病抗病基因Ty-3紧密连锁的SCAR标记,以提高抗病材料选育效率与准确性。[方法]设计特异引物对相关材料进行PCR扩增,获得与抗病基因Ty-3连锁的SCAR分子标记。[结果]利用该标记检测抗病纯合材料(Ty-3/Ty-3)、感病材料(ty-3/ty-3)分别产生600 bp、320 bp片段,抗病杂合材料(Ty-3/ty-3)产生600 bp与320 bp 2条片段;利用该标记对7份田间表现抗病的番茄F1代杂交种进行检测,有4份含有抗病基因Ty-3,3份未检出;选择经济性状优良、含有抗病基因Ty-3的F1代杂交种自交得到F2群体28个单株,利用该标记对单株进行检测,得到抗病纯合单株7个,抗病杂合单株13个,感病单株8个。[结论]该标记是与抗病基因Ty-3紧密连锁的共显性标记,可用于番茄抗病基因Ty-3的鉴定与抗病材料的筛选。     

玉米ZmNRT关键基因挖掘以及氮响应基因共表达网络构建

以玉米自交系B73（V4版本）作为参考基因组,利用生物信息学方法鉴定玉米ZmNRT基因家族成员,从系统发育关系、GO（Gene Ontology）富集、基因结构和玉米不同时期及组织下的表达谱等方面全面解析玉米ZmNRT基因家族。基于qPCR实验和共表达网络分析,对玉米ZmNRT家族基因在氮响应中的作用进行系统的研究。结果表明,在玉米全基因组水平上共鉴定到 162 个 ZmNRT 基因,主要分为 ZmNRT1（62 个）和 ZmNRT2（100 个） 两大类群。GO富集发现,仅46个基因参与硝态氮转运过程,这些基因被不均等分成7个亚家族,每个家族1～15个基因。基因表达模式分析结果显示,不同生育期和组织下ZmNRT基因表达是差异的。在氮诱导下,qPCR鉴定结果显示,12个ZmNRT基因是氮响应基因,9个基因表达上调,3个基因表达下调。共表达网络结果发现,其中10个ZmNRT基因与已知的氮代谢基因存在显著共表达关系（|r|>0.8 p-value<0.05）,推测这10个基因可能是调控玉米氮代谢的关键基因。     

玉米抗寒基因的克隆与表达研究

用DDRT-PCR技术研究玉米自交系承18在常温和不同低温处理下基因表达的变化,分离了10条差异表达的cDNA。序列分析结果表明:其中部分与前人克隆的抗逆cDNA同源,部分与信号传导相关基因同源,部分与功能未知的cDNA同源。用Northern杂交方法对差异片段MCI16做了进一步鉴定,同时还对玉米Cat3、拟南芥CBF1和FAD3基因在不同低温处理的玉米幼苗中的表达特性进行了研究,结果表明:MCI16、Cat3等基因受低温的诱导表达,对提高玉米的抗寒力起积极作用。     

利用基因芯片筛选甘蔗成熟期叶片差异表达候选基因

利用Agilent甘蔗4×44k（perarray）芯片分析甘蔗叶片在甘蔗成熟期的差异表达基因,并通过生物信息学手段对基因芯片杂交结果进行分析。芯片杂交结果符合质控标准,并且杂交数据重复性良好,结果可靠。在甘蔗生长过程中8个时间点上,共筛选出相关差异在2倍以上的基因20个,其中上调表达基因17个,下调表达基因3个。这些候选基因分别涉及不同水平分子进程和多种代谢途径。     

茶树叶片响应茶饼病侵染的转录组分析

采用高通量测序技术对被茶饼病病菌侵染的茶树叶片进行转录组测序,筛选得到差异基因359个,其中248个上调表达,111个下调表达。差异基因中有216个获得GO（Gene ontology）数据库功能注释,主要涉及到生物合成过程、催化活性、细胞过程等诸多生理生化过程;KEGG（Kyoto encyclopedia of genes and genomes）数据库富集分析发现,共有106个基因被注释到47个代谢通路中,其中,单萜生物合成、卟啉和叶绿素代谢、核糖体、氮代谢、双萜生物合成、植物病原互作等通路显著富集。有32个差异基因被鉴定为转录因子,分布在16个转录因子家族中。利用实时荧光定量PCR（Real time quantitative PCR,qRT-PCR）验证了随机挑选的差异基因在感病叶片和未感病叶片中的相对表达量,与转录组测序结果的变化趋势一致。结果表明,茶树响应病原菌侵染是一个复杂的过程,大量基因被诱导或抑制表达,与抗病相关的转录因子被大量激活且上调表达。本研究为深入挖掘茶树抗病基因及进一步研究抗病分子机制提供了理论依据。     

大麦在网斑病菌侵染后的转录组学分析

近年来，由子囊菌亚门真菌网斑病菌(Pyrenophora teres)引起的大麦网斑病在我国大麦（Hordeum vulgare L.)主产区大面积发生并流行，导致大麦产量和品质下降。为探索大麦响应网斑菌侵染的分子机制，以抗网斑病种质材料BYT-CYA3（B）和敏感型材料美41/I（M）为研究对象，利用转录组测序技术（RNA-Sep），分析了2个材料在接种网斑病菌后不同时间点的基因表达差异。结果表明，对比网斑病菌侵染后不同时间点的转录组测序数据，共鉴定出35 545个差异表达基因；网斑病侵染大麦3 h、6 h、12 h、24 h和72 h时，抗病材料与敏感型材料间富集到GO和KEGG途径的差异表达基因数目有明显区别；共获得435个网斑病菌侵染诱导表达基因；共筛选出182个主要参与过氧化物酶体（peroxisome）、代谢途径（metabolic pathways）、MAPK信号传导途径-植物（MAPK signaling pathway-plant）、植物-病原体相互作用（plant-pathogen）、植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）、次生代谢物生物合成（biosynthesis of secondary metabolites）等生物学过程的差异表达基因，推测这些基因与大麦响应网斑病菌侵染有关。随机从中选取10个基因进行了荧光定量PCR检测，并对其转录组测序结果进行定量分析，发现荧光定量PCR结果与转录结果趋势一致。本试验从分子水平初步探索了大麦对网斑病菌侵染的响应机制，为深入研究抗病基因提供了候选基因。     

利用转录组测序对不同贮藏温度处理玉米种子的苗期差异表达基因分析

利用常温与低温贮藏3个月的玉米杂交种种子进行标准发芽试验,取发芽7 d玉米幼苗进行转录组测序分析,通过GO、KOG、KEGG数据库分析处理差异表达基因的功能和参与的调控路径。以常温贮藏处理为参考,对转录组测序数据进行比较,低温贮藏处理共获得35个差异表达基因,其中上调基因28个、下调基因7个。在GO功能注释分析中,有26个差异基因被注释,可为分为18个功能分类。KOG功能注释分析发现,这些差异表达基因共获得19个功能注释,涉及到8个功能类别。KEGG通路分析发现,共有23个差异表达基因注释到13个代谢通路中,其中,谷胱甘肽代谢、抗坏血酸和肌醇代谢、甘油磷脂代谢等通路显著富集。低温贮藏处理玉米种子活力指数显著高于常温贮藏处理。通过两个处理转录组分析,RNA-seq数据揭示,谷胱甘肽、抗坏血酸和肌醇、甘油磷脂等中涉及的基因优先表达于低温贮藏处理中,表明LTS可以促进谷胱甘肽代谢,从而提高植物抗氧化性,同时可以提高玉米抗逆性。     

干旱胁迫下热带和温带玉米种质的生理及转录组分析

通过分析热带和温带玉米自交系干旱胁迫下的苗期生理和转录组数据,阐明不同玉米种质对干旱胁迫的生理和分子响应机制。结果表明,干旱胁迫下4个自交系的过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及丙二醛(MDA)、可溶性糖和可溶性蛋白质含量上升,叶绿素含量和4个叶绿素荧光参数值(F_v/F_o、F_v/F_m、Φ_PSII和Q_P)下降,温带玉米自交系较热带自交系的变化幅度更大。4个自交系在对照(CK)和干旱处理条件下的过滤后序列数(Clean reads)变幅为44560000~52580000条,4个自交系干旱胁迫下共有20126个差异表达基因(DEGs),21个基因本体项(GO terms)的相关基因高度富集。此外,热带和温带玉米自交系对干旱存在生理和分子响应差异,热带玉米种质的耐旱性高于温带玉米种质,可在热带种质中筛选耐旱玉米种质。     

大豆胞囊线虫侵染诱导五寨黑豆早期的转录组分析

利用Illumina Hi SeqTM2000对大豆胞囊线虫侵染前后的抗病大豆品种五寨黑豆的转录组进行检测。将测序的两个文库进行拼接,得到长度大于200bp的reads共20 980 831条,总长度约为4.23Gb,筛选到1 045个差异表达基因。Gene ontology功能显著性富集发现差异表达基因在生物过程注释基因最多,共有1 007个差异表达基因。在COG数据库中对基因产物进行直系同源分类,结果表明众多基因参与到碳水化合物及氨基酸的运输和代谢、次生代谢物质合成及信号传导机制过程,并受胞囊线虫侵染的诱导表达。KEGG代谢通路分析显示差异表达基因在苯丙烷类及氧化磷酸化代谢通路显著富集,说明这两个代谢通路在五寨黑豆抗胞囊线虫病中起重要作用。     

白桦花发育基因BpMADS3对玉米的遗传转化及功能验证

MADS-box基因编码多种具有重要生物学功能的转录调节因子,能够激活或抑制其他基因的转录,在调节植物根、叶、花和果实的发育尤其在开花植物花的发育过程中起到重要的调控作用。将东北白桦树中克隆得到的BpMADS3基因导入玉米中,验证其在玉米中的功能。结果表明,利用In-Fushion技术成功构建了BpMADS3基因的单子叶植物表达载体pTF101.1-T-nos-Ubi-BpMADS3,采用花粉管通道法将该基因导入玉米自交系合344中,获得5个T2代PCR和RT-PCR阳性株系,转基因株系H1-25和H1-76的散粉期和抽丝期均比对照提前,穗重、穗长、穗粗和百粒重等产量相关性状显著或极显著高于对照。研究结果初步证明,BpMADS3基因的导入对玉米花期提前和产量增加有一定的功效。