转葡聚糖酶和防御素基因的番茄植株及其对番茄灰霉病的抗性

用根癌农杆菌Agrobacterium tumesfaciens介导法，将烟草β-1，3-葡聚糖酶Glucanase基因、苜蓿防御素alfAFP基因及二者双价基因导入番茄Micro—Tom中，以期获得抗灰霉病的转基因株系，并比较验证双价基因是否具有协同作用。绿色荧光蛋白基因（GFP）活性检测、PCR和Southem杂交检测表明，外源基因分别以1—4个拷贝整合到番茄基因组中。对T1代植株进行接种鉴定表明，转基因植株对灰霉病侵染的抵抗能力较对照明显增强，各株系的抗病能力与外源基因的表达相关，且葡聚糖酶基因和防御素基因对抗灰霉菌表现一定的协同作用。T1株系田间抗病鉴定结果表明，转基因株发病程度不同，病情指数在19—28之间，抗病性均高于对照。所得到的稳定表达的株系可作为抗病育种材料进一步研究。     

大豆凝集素基因lec-s转化烟草>增强对烟草花叶病毒的抗性

 将编码大豆凝集素的lec-s基因插入植物表达载体pBI121中,构建植物重组表达质粒pBI121:: lec-s。由根癌土壤杆菌EHA105介导的叶盘法转化烟草,获得了转基因烟草株系。PCR和RT-PCR检测证明lec-s基因已转入烟草植株中。接种烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）进行抗病性试验结果表明,转基因烟草叶片上的病斑数显著减少,说明转基因烟草表现出对TMV的抗性。定量RT-PCR检测发现,接种TMV后,抗病防卫基因（PR-1a、GST1、Pal和hsr515）在转基因烟草叶片中显著上调表达。这些结果表明,大豆凝集素基因lec-s转化烟草可对TMV产生抗性,其作用机制可能在于lec-s基因参与了植物的防卫信号通路,诱导了抗病防卫基因在转基因植株体内的表达,增强了植株对TMV的系统抗性。     

转基因烟草中PVYN CP基因沉默及其介导的抗病性受温度的调控

 本研究以转不可翻译的马铃薯Y病毒坏死株系外壳蛋白基因(PVY^N CP)烟草的T₃代植株为材料,在获得高度抗病植株并证明转基因植株的抗病性是由RNA沉默介导的基础上,采用Northern杂交及ELISA检测病毒的方法,分析了温度对转基因烟草中RNA沉默以及转基因植株抗病水平的影响。结果表明,低温可以改变转基因植株中已发生的RNA沉默和转基因植株的抗病状态。在15℃低温下生长的转基因植株,转基因产生的RNA沉默被抑制,转基因植株失去了对PVY^N高度抗病的特性,表现感病症状;而在25℃或以上高温(30℃、35℃)下生长的转基因植株,转基因产生的RNA沉默没有发生被抑制的现象,转基因植株对PVY^N病毒的侵染仍保持高度抗病性。     

马铃薯Y病毒CP基因5′端和3′端反向重复结构介导的抗病性研究

本研究克隆了来源于马铃薯Y病毒坏死株系(PVYN)外壳蛋白(CP)基因(PVYNCP)5′端和3′端的反向重复cDNA序列,并构建了植物表达载体pROKII-5′IR和pROKII-3′IR,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草NC89,分别获得166和126株转基因烟草。抗病性试验表明,转化PVYNCP基因3′端茎50 bp(环50 bp)hp RNA(hairpin RNA)的烟草抗病率达69%,而转化PVYNCP基因5′端相同片段长度的hpRNA的烟草却全部发病。Southern blot结果表明,转基因植株的抗病性与转基因的拷贝数之间无明显的相关性;Northern blot结果表明,目的片段转录产物的积累量与植株的抗病性呈负相关,证明所获得的抗病性是RNA介导的抗病性。研究结果证明PVYNCP基因的3′端比5′端更能有效地诱发基因沉默,并且hpRNA茎部的长度可减少到50 bp。该结果为探索利用CP基因的最短长度和有效部位的基因片段来培育多抗病毒转基因植物提供了依据。     

利用RNA介导的抗病性获得高度抗马铃薯Y病毒的转基因烟草

 以马铃薯Y病毒坏死株系(PVY^N)的RNA为模板,应用反转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)方法,扩增出长度为801 bp的非翻译的马铃薯Y病毒外壳蛋白基因。将扩增的片段克隆到pBSK的BamHI和KpnI之间并进行了序列测定。用BamHI和KpnI从重组克隆载体上切下该基因并插入到质粒pROKII内得到植物表达载体pPVYCP。通过根癌农杆菌(LBA4404)介导的方法转化烟草NC89,经卡那霉素抗性筛选、PCR和Southern blot检测,获得82株转基因植株。Northern blot和Western blot分析表明,转基因植株只在RNA水平上得到了表达。抗病性试验表明转基因植株之间抗性水平存在着差异,其中有7株是对PVY^N高度抗病性的植株。转基因植株抗病特异性试验初步表明,对PVY^N表现高度抗病的植株对PVY^O也具有高度抗病性。     

正向和反向重复RNA介导的抗马铃薯Y病毒基因工程比较研究

 RNA介导的病毒抗性与RNA沉默现象密切相关。反向重复cDNA序列(IR)的转录产物往往形成双链RNA结构,而双链RNA是诱发RNA沉默的有效因子。据此,本研究通过体外合成马铃薯Y病毒坏死株系衣壳蛋白基因(PVY^N-CP)5'端反向重复cDNA序列和正向重复cDNA序列(DR),分别构建植物表达载体pROK-IR和pROK-DR,利用农杆菌介导方法转化烟草NC89,比较这2种转基因烟草在RNA介导抗病性方面的差异。抗病性检测表明,转化IR和DR的转基因烟草均可获得抗病程度达到免疫的植株,但转化IR序列可大大提高抗病植株在转基因植株中的比例。分析结果表明所获得的抗病性为RNA介导的抗病性,是RNA沉默的结果。这一研究结果为利用IR策略进行抗病毒遗传育种提供了理论依据,并为讲一步开展RNA介导抗病性的机制研究奠宗了基础。     

马铃薯Y病毒CP基因5'端和3'端反向重复结构介导的抗病性研究

 本研究克隆了来源于马铃薯Y病毒坏死株系(PVY^N)外壳蛋白(CP)基因(PVY^N CP)5'端和3'端的反向重复cDNA序列,并构建了植物表达载体pROKⅡ-5'IR和pROKⅡ-3'IR,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草NC89,分别获得166和126株转基因烟草。抗病性试验表明,转化PVY^N CP基因3'端茎50 bp(环50 bp) hpRNA(hairpin RNA)的烟草抗病率达69%,而转化PVY^N CP基因5'端相同片段长度的hpRNA的烟草却全部发病。Southern blot结果表明,转基因植株的抗病性与转基因的拷贝数之间无明显的相关性;Northern blot结果表明,目的片段转录产物的积累量与植株的抗病性呈负相关,证明所获得的抗病性是RNA介导的抗病性。研究结果证明PVY^N CP基因的3'端比5'端更能有效地诱发基因沉默,并且hpRNA茎部的长度可减少到50 bp。该结果为探索利用CP基因的最短长度和有效部位的基因片段来培育多抗病毒转基因植物提供了依据。     

核基质结合区对马铃薯Y病毒全长非翻译CP基因介导抗病性的影响

 为探索核基质结合区(matrix attachment regions,MARs)对RNA介导的病毒抗性的影响,我们将从烟草中克隆到的核基质结合区TM2构建在包含马铃薯Y病毒全长非翻译CP基因的植物表达载体pRPVYCPN的表达盒的两侧,构建了植物表达载体pRTM2CPNTM2。采用农杆菌介导基因转化法,将表达载体pRPVYCPN和pRTM2CPNTM2转入烟草品种NC89中,分别获得了144株和344株转基因烟草。抗病性检测发现,核基质结合区的存在能明显提高RNA介导抗性的产生效率。在含MARs转基因植株中,抗病植株的比率为15.1%,而不含核基质结合区的转基因植株的抗病比率则为8.3%。这一研究结果对抗病毒植物的分子育种和转基因表达调控有指导意义。     

互作蛋白Nbnrp1参与真菌蛋白激发子PevD1诱导烟草抗病性的功能研究

Pev D1是大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)分泌的蛋白激发子,能引起烟草细胞坏死、免疫防御反应和系统抗病性。本实验室前期鉴定了Pev D1的一个互作蛋白Nbnrp1,本研究在此基础上,分析了Nbnrp1在烟草中的表达特征及其亚细胞定位。用RNAi技术获得了Nbnrp1基因沉默株,研究了互作蛋白Nbnrp1在Pev D1诱导烟草抗病性中的功能。结果表明,Nbnrp1在烟草根、茎和叶以及不同生长发育阶段均有表达,定位在烟草细胞核和细胞质中。与野生型植株比较,Nbnrp1沉默植株对Pev D1诱导的细胞坏死反应的程度降低,抗病性减弱,抗病基因PR1-a,PR1-b转录表达水平降低,说明Nbnrp1蛋白参与了蛋白激发子Pev D1诱导的烟草免疫反应和系统抗病性。研究结果为进一步揭示Pev D1诱导烟草抗病机制以及大丽轮枝菌与寄主互作机制奠定了基础。     

葡萄病毒B CP基因植物表达载体构建及烟草遗传转化

葡萄病毒B Grapevine virus B(GVB)是葡萄皱木复合病中栓皮病的病原,为开展抗GVB转基因研究,本研究利用RT-PCR技术克隆GVB外壳蛋白(coat protein,CP)基因,与植物表达载体pRI 101-AN连接构建植物表达载体pRI-GVB CP。采用电击转化法将植物表达载体pRI-GVB CP导入农杆菌LBA4404,并利用农杆菌介导的叶盘转化法将外源基因导入西方烟‘37B’。共获得16个烟草再生株系,PCR检测其中3个株系为阳性,阳性株系播种获得的64株T_1代植株中有30株扩增到目的条带,阳性率为46.9%,表明目的基因GVB cp成功导入烟草并可成功遗传到子代。28株T_1代转基因植株接种病毒进行抗病性鉴定,其中有6株对接种病毒GVB具有抗性。     

水杨酸和乙烯在烟草抗黑胫病中的作用

5mmol/L水杨酸或1g/L乙烯外源处理可诱导烟草对黑胫病的抗性，推迟植株死亡。不能积累水杨酸的转nahG基因植株和不表现乙烯应答反应的转etr1-1基因植株对黑胫病的抗性显著弱于野生型植株。组成性积累高水平水杨酸的转entC和pmsB基因植株对黑胫病的抗性明显强于野生型植株。这些结果说明水杨酸和乙烯增强烟草对黑胫病的抗性，减缓黑胫病的扩展。0．5mmol/L KCN连续浇灌植株4天或浸溃叶片2，4h均不能恢复转nahG基因植株丧失的对黑胫病的抗病性。此结果进一步支持关于KCN处理不能恢复转nahG基因植株丧失的对真菌病害抗病性的假说。     

烟草黑胫病和根黑腐病生防假单胞杆菌的筛选与鉴定

为获得对烟草黑胫病和根黑腐病具有双重防病效果且能够促进烟草生长的假单胞杆菌，采用稀释涂布法从40份土壤样品中分离出201株细菌，通过平板对峙和含毒介质法，筛选出对烟草黑胫病和烟草根黑腐病病原菌均具有良好拮抗作用的菌株PA2101和PG3402。盆栽促生试验表明，菌株PA2101和PG3402能协调地改善烟草地上部分的生长和烟草根系发育，均在一定程度上增加了烟草的株高、叶面积、株鲜重、根鲜重、叶片数和根长，提高了烟草的根冠比和根活力。盆栽试验结果表明，菌株PA2101对烟草黑胫病和根黑腐病的防效分别为70.11%和62.67%，均高于其对照药剂；菌株PG3402对两种病害的防效分别为60.92%和60.00%，与对照药剂相当。抗性标记菌株的定殖试验结果表明，菌株PA2101和PG3402在接种后第29 d能定殖于烟草根际土壤和根内，在烟草茎和叶内也能长时间存在，表明两菌株能够良好定殖。16S rDNA序列、菌落形态和生理生化性状分析表明，菌株PA2101为铜绿假单胞杆菌Pseudomonasaeruginosa，菌株PG3402为格拉纳达假单胞杆菌Pseudomonas granadensis。综上所述，菌株PA2101和PG3402对烟草具有良好的促生作用，并对烟草黑胫病和根黑腐病有较好的防病效果，是具有生防潜力的菌株。     

Differential production of parasiticein, an elicitor of necrosis and resistance in tobacco, by isolates of Phytophthora parasitica

Fifteen isolates of Phytophthora parasitica , nine from tobacco (causing black shank disease) and six from other host plants, were compared by root inoculation with regard to their pathogenicity to young tobacco plants. A progressive invasion of the aerial parts over 1 week was observed only with the black shank isolates, while the non-tobacco isolates induced leaf necrosis within 2 days. Similar necrosis occurred when the roots of tobacco plants were dipped in diluted culture filtrates from non-tobacco isolates, but not in those from tobacco isolates. The necrosis-inducing filtrates were shown to contain a c. 10-kDa protein band which was not present in the other filtrates. This protein (named parasiticein) was purified by ion-exchange chromatography to homogeneity in SDS-PAGE and reverse-phase HPLC. Parasiticein was serologically related to cryptogein, a member of the elicitin family of proteinaceous elicitors previously described from other Phytophthora species. Like the other elicitins, parasiticein induced necrosis in tobacco plants and protected them against black shank. It most closely resembled capsicein in being acidic and in inducing resistance at concentrations (10–100 μg per plant) that caused little leaf necrosis. It is suggested that the absence of parasiticein production by the black shank isolates might be a factor involved in their specific pathogenicity to tobacco.     

抗菌肽和几丁质酶基因提高烟草对黑胫病菌和赤星病菌的抗性研究

 通过农杆菌介导法将加信号肽修饰的人工合成杂合抗菌肽CEMA基因(SPCEMA),苜蓿防御素基因(AFP),苦瓜几丁质酶基因(CHI)以及SPCEMA-CHI、AFP-CHI、AFP-SPCEMA双价基因导入本明烟(Nicotiana benthamiana),并对转基因烟草T₀和T₁代进行了抗病性检测,比较了不同转基因植株的抗病效果。研究结果表明,转基因烟草对黑胫病菌(Phytophthora parasitica var.nicotianae)、赤星病菌(Alternaria alternata)的抗性均强于非转基因烟草,病情指数差异达极显著水平,其中转AFP-CHI双价基因烟草具有较强的抗性,与单价转基因烟草的抗性差异达显著水平。但各单价转基因以及双价转基因烟草之间对上述病菌并未表现出显著的抗病性差异。结果表明植物源的抗菌肽基因与几丁质酶基因在抗植物真菌病害中具有协同增效作用。     

多粘类芽胞杆菌LB-9的诱变及抑菌防病效果研究

为获得对烟草疫霉菌生防效果更佳的拮抗菌株，对多粘类芽胞杆菌LB-9进行基因诱变。利用原生质体电转化法，构建了菌株LB-9的Tn-5转座插入突变体库，获得约2000个转化子，通过平板对峙法筛选出对烟草疫霉菌拮抗能力增强且效果稳定的突变菌株3个，其中编号为A13的突变菌株对烟草疫霉菌的抑制效果达到80%以上，与原始菌株LB-9的抑菌率相比提高了20%以上。采用室内盆栽接种法研究了正突变菌株A13对烟草黑胫病的防控效果，并利用实时荧光定量PCR法初步分析了其诱导烟株体内抗病相关基因的表达。结果表明，正突变菌株A13处理烟株7 d后，对烟草黑胫病的防效高于原始菌株LB-9，防效可达80%以上，同时可诱导烟株体内不同信号通路中抗性相关基因的上调表达。本研究为多粘类芽胞杆菌插入诱变育种方法研究提供了理论支撑，对烟草黑胫病的生物防治具有重要意义。     

Evaluating diverse systems of tobacco genetic resistance to Phytophthora nicotianae in Yunnan,China

Black shank, caused by the soilborne pathogen Phytophthora nicotianae, is one of the most devastating diseases affecting tobacco production in China. The most effective strategy for reducing economic loss from this pathogen is development and use of resistant tobacco varieties. Multiple sources and systems of resistance have been developed in the Western Hemisphere; however, populations of P. nicotianae are variable around the world, including the predominance of different races. Different P. nicotianae isolates may react differently on tobacco plants with different systems of resistance, a possibility that could complicate the breeding of cultivars with resistance that is effective in different tobacco production regions worldwide. The objective of this research was to evaluate an array of tobacco germplasm possessing different systems of genetic resistance to black shank disease in tobacco-growing regions of Yunnan, China. Resistance types included simply inherited resistance mechanisms introgressed from wild Nicotiana relatives and polygenic partial resistance systems of N. tabacum origin. The loci of Wz exhibited high level resistance to black shank in the five diverse disease environments in Yunnan, China. K326 Php/−Wz/− genotype and Beinhart 1000 exhibited the greatest levels of resistance in both 2015 and 2016. Field observed results for 13 tobacco genotypes were highly correlated with those tested in growth chamber evaluation. These findings suggest that both Wz− and Beinhart 1000-mediated resistance have important commercial value in flue-cured tobacco breeding programmes in China. Cultivars developed for black shank resistance in China may also have utility in other tobacco-growing areas.     

烟草疫霉拮抗细菌B44R-1的筛选及其生防效果

为获得烟草疫霉Phytophthora nicotiana的优良拮抗菌,从烟草根际土壤和根系中分离对烟草疫霉具有较好拮抗作用的菌群,并从中筛选具有较强抑菌效果的拮抗菌株。通过形态学、生理生化试验、16S rDNA基因测序分析鉴定拮抗菌株种属,评价其防病效果及对烟草的促生作用。结果表明,从烟草根际土壤和根系分离得到拮抗菌群39个,并从中筛选得到拮抗效果较好的菌株B44R-1,初步鉴定其为皮特不动杆菌Acinetobater pittii。菌株B44R-1对烟草黑胫病的防效达到55.37%,对烟株根系生长发育影响明显,烟株鲜重、干重、株高、茎围、叶数和最大叶面积相比对照均有提高。本研究筛选获得对烟草黑胫病菌的拮抗菌不动杆菌,对烟草黑胫病防治效果和促生作用显著,具有较好的生防潜力。     

Contribution of both lignin content and sinapyl monomer to disease resistance in tobacco

As a major component of the cell wall, lignin has been suggested to play an important role in the plant defence response to various pathogens. However, how lignin is involved in plant pathogen interaction is still unclear. Here, a series of transgenic tobacco lines were cultivated with a range of differences in lignin content and composition. Evaluation of pathogen resistance in these plants indicated that lower total lignin content aggravated the severity of tobacco black shank and bacterial wilt diseases, while increased sinapyl lignin (S) alleviated the disease symptoms. The regression analysis indicated both lignin content and S lignin were positively correlated with disease resistance. These two factors had additive effects, exhibiting stronger correlation with disease resistance when they were combined. Neither guaiacyl lignin (G) nor S/G ratio showed close correlation with disease resistance. The expression of pathogenesis‐related protein genes PR2 and PR3 was induced after pathogen inoculation. However, the up‐regulation of PR2 and PR3 was not associated with a disease resistance‐induced increase in lignin content. These data collectively suggest that both total lignin content and S lignin are main factors that contribute to the basic defence response in tobacco.     

二氢茉莉酸丙酯诱导烟草抗黑胫病作用研究

研究了二氢茉莉酸丙酯(PDJ)对烟草黑胫病的控制作用,结果表明:离体条件下,PDJ对烟草黑胫病Phytophthora parasitica Var. nicotianae的菌丝生长、孢子囊产生、游动孢子释放及萌发均无明显的抑制作用;PDJ处理后显著减轻了烟草幼苗黑胫病的病情,其最佳处理浓度为100 mg/L,最佳处理时间是接种前3 d,持效期在15 d以上;并且PDJ 100 mg/L处理烟苗下部第3片叶后,可使上部未处理叶片病情显著减轻。表明PDJ诱导了烟草幼苗对黑胫病的抗性。     

氟噻唑吡乙酮对烟草疫霉的室内毒力及对烟草黑胫病的防效研究

烟草黑胫病是由烟草疫霉引起的一种土传性真菌病害, 对烟叶生产造成严重的危害。为了探究氟噻唑吡乙酮对烟草黑胫病的防治效果, 在室内离体条件下测定其对烟草疫霉菌丝生长、孢子囊形成的抑制作用;并通过室内盆栽和大田试验评价氟噻唑吡乙酮对烟草黑胫病的防治效果及对烟草的安全性。结果表明, 氟噻唑吡乙酮对各个地区烟草疫霉菌丝生长和孢子囊形成的抑制效果均很好, 与其他对照药剂相比, 毒力较高, EC 50分别为0.000 5 mg/L和0.000 4 mg/L。室内盆栽试验结果表明, 10%氟噻唑吡乙酮可分散油悬浮剂4 000倍液对烟草黑胫病的防效为84.33%, 2 000倍液防效则达到了96.00%, 与对照药剂相比有显著差异。田间药效试验结果表明, 10%氟噻唑吡乙酮可分散油悬浮剂2 000、3 000、4 000倍液的防效分别达到了93.82%、90.18%和83.27%, 对照药剂80%烯酰吗啉水分散粒剂2 500倍液和80%代森锰锌可湿性粉剂600倍液防效分别为77.82%和75.27%。此外, 相比于对照药剂, 氟噻唑吡乙酮在株高、有效叶片数、叶长、叶宽和光合速率方面有更好的促进作用。本研究结果表明, 氟噻唑吡乙酮能够有效防治烟草黑胫病, 并在一定程度上可以提高烟草产量和品质。