条锈菌效应子Pst30抑制植物的胼胝质和活性氧积累

 条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst)导致的小麦条锈病严重威胁着我国的小麦生产安全。解析病菌的致病机理,对开发病害防控技术与策略具有重要的指导意义。研究发现效应子是病菌重要的致病因子,揭示效应子调控寄主免疫机制可加深对病菌的认知。本课题组前期在全基因组筛选条锈菌效应子中获得了一个候选效应子基因Pst30,该基因所编码的蛋白N-端含有分泌肽,无明显功能结构域。qRT-PCR分析显示Pst30在条锈菌侵染小麦后12 h诱导表达,72 h诱导表达至高峰。利用农杆菌侵染在烟草中瞬时表达Pst30^ΔSP-GFP融合蛋白,发现Pst30^ΔSP定位在细胞质。在烟草中瞬时表达该效应子能够显著抑制Bax诱导的细胞坏死。利用细菌的Ⅲ型分泌系统在小麦中瞬时表达Pst30,能够抑制荧光假单胞杆菌引起的胼胝质积累,导致由无毒性条锈菌小种CYR23引起的小麦过敏性坏死面积和活性氧积累减少,菌丝面积和长度增加。推测小麦条锈菌效应子Pst30可抑制寄主植物的PTI(PAMP-triggered immunity, PTI)和ETI(Effectors-triggered immunity, ETI),促进自身的侵染。     

小麦条锈菌效应蛋白HASP2抑制寄主免疫反应

 由小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp. tritici,Pst)引起的小麦条锈病是小麦上的重要病害。研究小麦条锈菌在致病过程中分泌的毒性效应蛋白分子的功能,对揭示小麦条锈菌致病机理,进而研发病害防治新方法具有重要意义。前期在小麦条锈菌吸器转录组中筛选到一个高丰度表达的分泌蛋白基因HASP2。HASP2基因全长240 bp,其编码的蛋白质N端包含22_aa的信号肽,无跨膜区,无结构域。qRT-PCR显示HASP2在条锈菌CYR32侵染早期上调表达;农杆菌介导的烟草瞬时表达实验表明HASP2能够抑制由小鼠凋亡蛋白BAX诱导的烟草细胞坏死;利用细菌三型分泌系统(T3SS)将 HASP2在小麦中过表达,发现其可以抑制寄主PTI(PAMP-triggered immunity)相关胼胝质积累;同时对HASP2过表达的小麦接种无毒性菌系CYR23后,发现HASP2可以抑制寄主ETI(Effector-triggered immunity)相关活性氧积累和减少细胞坏死面积,但HASP2过表达对条锈菌的生长发育没有显著影响。     

葡萄座腔菌候选效应子抑制了Bax诱导的PCD反应并促进烟草疫霉的侵染

 轮纹病是苹果生产中发生严重又难以防治的病害。为探究致病机理,本研究选择葡萄座腔菌的3个候选效应子进行研究。农杆菌介导的烟草瞬时表达显示,Bdo_01520、Bdo_11198、Bdo_11545都能够完全抑制Bax诱导的烟草PCD反应。酵母分泌系统测试表明3个候选效应子的信号肽都具有外泌活性。qRT-PCR测定候选效应子在葡萄座腔菌ZY7有伤接种苹果果实后的相对表达量,结果显示3个基因在病菌侵染36~72 h上调表达。在本生烟中瞬时表达Bdo_11198显著促进了烟草疫霉的侵染,并降低了疫霉菌侵染后本生烟中活性氧的积累。结果表明,葡萄座腔菌候选效应子可以通过影响植物的PCD反应和过氧化氢积累促进病原菌的侵染,研究结果为进一步研究葡萄座腔菌的致病机制提供了基础。     

小麦凝集素类受体激酶TaLecRLK1的鉴定及抗锈病功能分析

凝集素类受体激酶(lectin receptor-like kinase, LecRLKs)是一类在植物应答多种生物/非生物胁迫中发挥重要作用的类受体激酶。本研究在小麦与条锈菌互作的转录组中筛选到1个在小麦与条锈菌非亲和互作中显著上调表达的LecRLKs基因TaLecRLK1。该基因全长2 292 bp,编码蛋白含有1个胞外信号肽、B-lectin结构域、PAN＿AP结构域、跨膜域和胞内酪氨酸激酶域。qRT-PCR分析表明：TaLecRLK1在小麦与条锈菌非亲和互作早期诱导表达,在烟草及小麦原生质体中瞬时表达,TaLecRLK1-GFP定位在细胞膜上。利用大麦条纹花叶病毒介导的基因沉默技术(BSMV-VIGS)沉默TaLecRLK1,接种无毒性条锈菌小种CYR23后,沉默叶片表面产生少量夏孢子堆,组织学观察发现沉默植株中条锈菌菌丝长度增长、侵染点附近活性氧积累面积减少;TaPR1、TaPR2、TaPR5的表达受到抑制,TaCAT和TaSOD则被迅速诱导表达。综上所述,TaLecRLK1对小麦抗条锈病起到正调控作用。     

蛋白激酶TaPiPK1在小麦抗条锈病反应中的功能分析

由条形柄锈菌小麦专化型Puccinia striiformis f. sp.tritici(Pst)引起的条锈病,长期严重威胁小麦安全生产。Pst通过毒性变异产生新毒性小种或致病类型,能克服生产上已应用的抗病基因,导致抗病品种感病。因此,挖掘抗条锈病基因资源对小麦抗病遗传改良和加快抗病新品种培育具有重要意义。蛋白激酶在应答病原菌侵染,传递植物免疫信号中发挥重要作用。本研究通过小麦转录组数据分析,筛选到参与应答Pst、小麦白粉菌Blumeria graminis f. sp.tritici和赤霉病菌Fusarium graminearum侵染的蛋白激酶基因TaPiPK1。该蛋白激酶基因编码551个氨基酸,C末端含有一个STK激酶结构域。利用RT-qPCR检测发现,TaPiPK1在小麦与条锈菌非亲和互作的前期上调表达;TaPiPK1主要定位于细胞质与细胞膜。利用大麦条纹花叶病毒介导的基因沉默技术(BSMV-VIGS)瞬时沉默TaPiPK1,显著降低小麦‘水源11’对条锈菌非亲和小种CYR23的抗性,表明TaPiPK1参与小麦抗条锈病反应并发挥重要作用。因此,TaPiPK1有可能作为潜在的基...     

稻曲病菌SIX效应蛋白参与调控植物免疫

为明确稻曲病菌Ustilaginoidea virens的SIX(secreted in xylem)效应蛋白功能,利用生物信息学软件预测6个SIX1蛋白和1个SIX2蛋白的分泌特性,并通过酵母分泌系统对其分泌特性进行验证,在烟草上通过根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的瞬时表达系统检测SIX蛋白对小鼠促凋亡蛋白BAX、致病疫霉Phytophthora infestans激发子INF1、大豆疫霉Phytophthora sojae病原相关分子模式糖基水解酶XEG1引起烟草细胞坏死的作用,在烟草上表达SIX蛋白后接种辣椒疫霉Phytophthora capsici并观察其对辣椒疫霉侵染的作用。结果显示:所检测的SIX蛋白中有5个含有预测的信号肽,2个被预测为非经典分泌蛋白,但经酵母分泌系统验证均具有分泌功能;大部分SIX蛋白能够抑制BAX、INF1、XEG1引起的烟草细胞坏死,但抑制坏死的情况并不完全一致;大部分含信号肽的SIX蛋白能够促进辣椒疫霉侵染,UV8b＿3638去信号肽突变体也能够促进辣椒疫霉侵染。表明大多数SIX蛋白参与调控植物免疫,且能促进病原...     

马铃薯晚疫病菌效应子PITG_16427.2的基因序列分析及功能验证

 马铃薯晚疫病的病原是致病疫霉菌(Phytophthora infestans),该病原菌在侵染马铃薯过程中分泌大量RxLR型效应子,但目前绝大多数RxLR效应子的功能和作用机制尚不明确。本研究成功克隆了致病疫霉菌的一个RxLR效应子PITG_16427.2,在本氏烟中瞬时表达PITG_16427.2,发现该效应子能够抑制6种激发子(INF1、PsojNIP、BAX、SIF2、Avh238、Avh241)激发的植物免疫反应。进一步研究发现,效应子PITG_16427.2在晚疫病菌侵染马铃薯早期上调表达。在15个致病疫霉菌株和3个同属菌株中克隆该基因,克隆到氨基酸序列一致性超过93%的同源基因,这些同源基因均能在本氏烟中抑制INF1和Avh241引起的HR,揭示了该效应子在病原卵菌中序列和功能的高度保守性。在本氏烟和马铃薯感病品种Désirée中瞬时表达PITG_16427.2,发现该效应子能够显著促进晚疫病菌的侵染。通过qRT-PCR方法检测发现,乙烯信号的相关基因ERF1显著上调,而水杨酸信号相关基因PR1b显著下调,表明PITG_16427.2在晚疫病菌侵染过程中可抑制寄主的SA信号途径,促进晚疫病菌侵染。因此,RxLR型效应子PITG_16427.2是致病疫霉菌中一个重要的侵染致病因子。     

PstVosA1转录因子基因在调控小麦条锈菌耐高温反应中的生物学功能分析

 小麦条锈病是典型的冷凉生态区气传真菌病害,病原菌在越夏易变区(即秋季菌源基地)的越夏情况决定了冬季繁殖区条锈菌的初侵染菌源。小麦条锈病的发生流行极易受到温湿度关键气象因子的影响。近年来的调查研究发现,我国小麦条锈菌越夏海拔下限逐年下降,且越夏区范围进一步扩大,说明条锈菌耐高温胁迫能力增强,给未来小麦条锈病流行规律研究及制定防治策略带来了全新挑战。真菌特有的Velvet转录因子家族中VosA基因参与了真菌生长发育和次生代谢的调控,但关于该转录因子在条锈菌耐高温性中的作用却知之甚少。实时荧光定量PCR分析发现,温度敏感菌系蓬9和耐高温菌系A4在侵染寄主过程中PstVosA1基因均受高温胁迫诱导表达,但耐高温菌系PstVosA1相对表达水平明显高于温度敏感菌系蓬9。利用寄主诱导的基因沉默技术(HIGS)沉默小麦条锈菌耐高温菌系A4中的PstVosA1基因能显著降低在高温(21℃)接种条件下的平均发病严重度、孢子堆密度和生物量。研究结果说明PstVosA1基因正调控小麦条锈菌耐高温胁迫反应过程,增加该基因的表达水平,有利于增强小麦条锈菌耐高温性。     

效应因子PsCRN77基因在本氏烟中的表达降低其对寄生疫霉的抗性

CRN(Crinkler)是一类疫霉菌胞内效应因子,绝大多数CRN的功能和作用机制尚不明确。本研究利用农杆菌介导的瞬时表达技术,发现大豆疫霉效应因子PsC RN77可以在本氏烟中抑制激发子诱导的细胞死亡。接种分析表明在本氏烟中表达该效应因子基因可以促进寄生疫霉的侵染。定量RT-PCR结果显示在本氏烟中表达PsCRN77可以负调控水杨酸信号途径标记基因PRb-1b的表达,正调控茉莉酸信号途径标记基因LOX的表达。进一步通过DAB染色表明,与表达GFP对照相比,表达PsCRN77可以降低疫霉菌侵染后本氏烟中的活性氧积累。以上结果表明PsCRN77是一个毒性效应因子,可以通过影响激素抗性信号途径和活性氧积累干扰植物的防卫反应,促进病原菌的侵染。该研究为认识疫霉菌的致病机制提供了线索。     

稻曲病菌Six1类效应蛋白UvSix1-1的功能研究

 稻曲病菌在侵染过程中会分泌大量的效应蛋白来帮助其侵染。本研究鉴定到一个稻曲病菌效应蛋白UvSix1-1,同源序列比对及系统发育分析发现其具有Six1蛋白保守的氨基酸位点,并与多个病原菌中的Six1蛋白具有同源性。进一步研究发现UvSix1-1可以抑制Bax、XEG1和INF1引起的烟草叶片细胞坏死,并且其预测的信号肽区域具有分泌功能,在烟草上瞬时表达UvSix1-1可以促进辣椒疫霉的定殖。对不同稻曲菌株中的序列进行分析,没有发现序列多态性,说明该基因非常保守。以上研究结果表明,UvSix1-1在病原菌侵染过程中发挥作用,研究结果为稻曲病菌效应蛋白的研究提供参考。     

利用环介导等温扩增方法快速检测瓜类细菌性果斑病菌和番茄细菌性溃疡病菌

为建立简单、快速和灵敏地检测瓜类细菌性果斑病菌Acidovorax avenae subsp. citrulli(Aac)和番茄细菌性溃疡病菌Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis(Cmm)的环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)方法,以Aac的ugpB基因和Cmm的micA基因为靶标,分别设计、合成和筛选特异性引物,摸索和优化各项反应条件和反应体系,成功建立了以钙黄绿素颜色为指示且只需要金属浴恒温反应30～60 min的LAMP扩增体系。特异性分析表明该LAMP方法可以快速检出5株不同的Aac菌株和2株不同的Cmm菌株,其它对照菌株如燕麦嗜酸菌燕麦亚种A. avenae subsp. avenae、丁香假单胞菌Pseudomonas syringae、水稻黄单胞菌水稻致病变种Xanthomonas oryzae pv. oryzae和茄科雷尔氏菌Ralstonia solanacearum则呈现阴性反应;引物比目前报道的LAMP引物有更高的DNA样品检测灵敏度,Aac和Cmm的灵敏度分别为1.72×10~2fg/μL和1.26×10~2fg/μL。研究结果表明,所设计的Aac和Cmm引物特异性好、灵敏度高,更有利于从源头上控制这2种检疫性细菌病害的流行和传播。     

Pythium rot of chingensai ( Brassica campestris L. chinensis group) caused by Pythium ultimum var. ultimum and Pythium aphanidermatum

Severe rot was found at the base of leaves and stems of chingensai (Brassica campestris L. chinensis group) in Okayama Prefecture in 2000. The causal fungi were morphologically identified as Pythium ultimum Trow var. ultimum and P. aphanidermatum (Edson) Fitzpatrick. This is the first report of rot caused by Pythium species on chingensai. We named this disease Pythium rot of chingensai.     

狭叶菖蒲乙醇提取物对棉铃虫卵和幼虫的生物活性

为筛选安全高效的棉铃虫防治药剂,选用狭叶菖蒲Acorus calamus var.angustatus乙醇提取物对棉铃虫Helicoverpa armigera卵和幼虫的触杀活性、胃毒作用、拒食效果和生长抑制作用进行了测定,同时以0.5%藜芦碱为药剂对照,对比分析狭叶菖蒲提取物的杀虫效果。结果表明,狭叶菖蒲乙醇提取物对棉铃虫3龄幼虫有显著的触杀、胃毒、拒食和生长抑制活性以及杀卵效果,且生物活性随浓度升高和处理时间延长而增加;狭叶菖蒲提取物对棉铃虫触杀活性、胃毒活性、杀卵活性的致死中浓度LC_(50)分别为20.50、19.26和31.39 mg/m L,对棉铃虫生长抑制中浓度EC_(50)和拒食中浓度AFC_(50)分别为7.15、10.43 mg/m L;0.5%藜芦碱药剂对棉铃虫触杀活性、胃毒活性和杀卵活性LC_(50)分别为12.19、16.90和29.87 mg/m L,对棉铃虫EC_(50)和AFC_(50)分别为3.99、8.32 mg/m L,均低于菖蒲根茎提取物。气相色谱-质谱分析结果显示,狭叶菖蒲乙醇提取物主要成分为α-细辛醚、β-细辛醚、菖蒲酮和白千层醇。表明狭叶菖蒲乙醇提取物有开发为新型植物源农药的潜力。     

玉米细菌性枯萎病菌的环介导恒温扩增(LAMP)检测方法

为了提高口岸和基层实验室检疫和监测玉米细菌性枯萎病菌的准确性和工作效率,利用环介导恒温扩增技术(LAMP),根据内切葡聚糖酶(EGase)基因前导序列,设计2个内引物和2个外引物,对玉米细菌性枯萎病菌进行快速检测。结果表明,使用玉米细菌性枯萎病菌的近缘种或引致相似症状的病原菌菊欧文氏菌玉米致病变种Erwinia chrysanthemi pv.zeae、玉米内州萎蔫病菌Clavibacter michiganensis subsp.nebraskensis、燕麦假单胞菌Pseudomonas avenae、杓兰欧文氏菌Erwinia cypripedii检测其特异性,仅玉米细菌性枯萎病菌有扩增。LAMP检测灵敏度达到2 pg DNA,为普通PCR的100倍;与其它检测方法相比,LAMP方法检测时间短,效率高,不仅降低了设备投入,易于操作,而且具有较高的灵敏度和特异性,适合玉米细菌性枯萎病菌的现场检疫和大规模检测。     

陕西省小麦白粉菌群体毒性结构及遗传多样性

为明确近年来陕西省小麦白粉菌Blumeria graminis f. sp. tritici群体毒性及遗传变异情况,利用32份已知抗白粉病基因小麦品种(系)对2013年和2014年陕西省小麦白粉菌群体毒性结构进行测定,并应用扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism,AFLP)标记对2014年陕西省西安市、咸阳市、渭南市、宝鸡市及陕西省毗邻的甘肃省天水市5个小麦白粉菌地理群体共118株白粉菌菌株进行遗传多样性分析。毒性监测结果显示,供试小麦白粉菌群体对Pm1c、Pm2、Pm3d、Pm4a、Pm4b、Pm5b、Pm13、Pm21、Pm24、Pm30、Pm2+6、Pm2+Mld、Pm2+6+?、Pm4b+5b、Pm4+?、Pm5+6的平均毒性频率在0～17.23%之间,表明这些基因抗性保持较好;对Pm1a、Pm3b、Pm3c、Pm3e、Pm3f、Pm7、Pm8、Pm19、Pm1+2+9的平均毒性频率介于69.17%～99.60%之间,表明这些基因抗性已丧失。用筛选出的6对AFLP标记共扩增出831个多态性位点,多态性位点百分比为94.86%;小麦白粉菌群体遗传多样性指数和香农信息指数分别为0.1151和0.2036,遗传变异主要来源于群体内变异。群体间基因流为4.7939,表明5个小麦白粉菌群体间基因交流广泛。群体间遗传距离和地理距离两者显著正相关。     

大蓟总黄酮对尖孢镰刀菌甜瓜专化型生长、生理的影响及其田间防治效果

为探究大蓟总黄酮对尖孢镰刀菌甜瓜专化型Fusarium oxysporum f. sp. melonis的抑制效果,采用微波超声法提取大蓟种子中的总黄酮,并测定其对其尖孢镰刀菌甜瓜专化型生长、生理指标的影响及其田间防治效果。结果显示,大蓟总黄酮浓度为10 mg/mL时,对尖孢镰刀菌甜瓜专化型的菌丝生长抑制率和孢子萌发抑制率达到100.0%,菌丝畸变、断裂;尖孢镰刀菌甜瓜专化型OD650 nm和pH最小,分别为0.3和5.5;其电导率是对照组1.2倍。不同浓度大蓟总黄酮处理下尖孢镰刀菌甜瓜专化型呼吸强度、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性均呈现先上升后下降的趋势,羧甲基纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性降低,浓度为10 mg/mL大蓟总黄酮处理尖孢镰刀菌甜瓜专化型60 h后,呼吸强度、SOD和CAT活性均降至最低,分别为7.8 mgCO2·cm-2·h-1、22.9 U/mL和20.8 U/mL。田间防治结果表明,浓度为10 mg/mL大蓟总黄酮处理下,甜瓜枯萎株数最少,防治效果最佳,为93.5%。表明大蓟总黄酮能够有效地抑制尖孢镰刀菌甜瓜专化型生长,具有进一步发展为绿色新型植物源尖孢镰刀菌甜瓜专化型防治剂的能力。     

Functional analysis of the 3′ end of avrBs3/pthA genes from two Xanthomonas species

The phytopathogens Xanthomonas oryzae pathovar (pv.) oryzae and Xanthomonas axonopodis pv. citri each contain several avrBs3/pthA family genes. Structural features of these genes important for avirulence and/or virulence functions include a central region of multiple direct repeats and three nuclear localization signals (NLSs) and an acidic activation domain (AAD) at the 3′ end. To identify other regions critical to function in the 3′ ends of these genes, we constructed several chimeras using apl1 and apl2 from X. axonopodis pv. citri and avrXa10 and avrXa7 from X. oryzae pv. oryzae and evaluated their functions by inoculation to citrus and rice. The apl1 and avrXa7 genes are major virulence determinants in citrus and rice, respectively, while the contributions of apl2 and avrXa10 to virulence are negligible or not measurable. Constructs that contained a 417 bp HincII-SphI fragment from the 3′ end of apl1 in combination with the repeats from avrXa7, avrXa10, and apl1 caused a canker phenotype on citrus. Interchange of the HincII-SphI fragment between avrXa7 and avrXa10 abolishes avrXa7 avirulence function and reduces its virulence but it does not affect avrXa10 avirulence function in rice. avrXa7 caused a hypersensitive response (HR) in citrus and replacement of it's 3′ end with that of apl1 resulted in loss of canker and induction of HR. Thus, the HincII-SphI fragment of the avrBs3/pthA gene family is important for avirulence and virulence functions in two different plant species, Oryza sativa and Citrus natsudaidai HAYATA.     

Effect of surface wettability on germination and gene expression in Cronartium quercuum f. sp. fusiforme basidiospores

Cronartium quercuum f. sp. fusiforme is an obligate pathogen of pine and oak. Its basidiospores are specifically adapted to recognize and establish infections on the pine host. Depending on environmental cues, the basidiospores can germinate directly, which typically leads to infection of pine, or indirectly, which usually results in formation of secondary basidiospores. We investigated how changes in surface wettability, or hydrophilicity, affect basidiospore germination. When we decreased surface wettability, the direct germination and total germination (direct+indirect) frequencies increased. Additionally, there was a critical threshold between 42% and 54% wettability, at which the basidiospores switched from direct to indirect germination. We conclude that the germination type of C. q. fusiforme basidiospores is influenced by the hydrophilicity of the surface upon which they land. To gain insight into gene expression during basidiospore germination, we made two suppression subtraction hybridization (SSH) libraries enriched for genes expressed during each type of germination. A total of 172 unique gene sequences were recovered from the two expression libraries. Annotation of these libraries indicates that they include several clones that may encode rust-specific or basidiomycete-specific functions.