白粉病菌侵染诱导的大麦叶肉细胞变化的超微结构与细胞化学

 从超微结构和细胞化学角度对大麦白粉病菌侵染诱导的寄主叶肉细胞变化进行了研究。结果发现,病原菌接种后12 h,叶肉细胞光合作用的标志性酶RCA和Rubisco含量发生迅速的变化,感病大麦(Ingrid)中RCA和Rubisco含量急剧减少,而抗病大麦(mlo-3)中则趋势相反。随后,不论在感病或抗病大麦中这2种蛋白的含量一直下降,但感病品种中一直维持相对较高水平。超微结构观察表明,病原菌侵染能够诱导侵染点附近叶肉细胞中叶绿体的增殖,新叶绿体的不断产生,从而延缓了叶肉细胞的衰老和死亡,增加了光合产物的形成。以上结果说明,叶肉细胞可能从养分供给上影响到了表皮细胞中病原菌吸器的发育。     

hrpE基因在水稻条斑病菌Hrp pilus形成和致病性中起重要作用

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xooc)的hrp(hypersensitive response and pathogenicity)基因簇编码形成Ⅲ型分泌系统(T3SS),将致病性的效应分子通过HrpF转位装置注入水稻细胞中,从而导致水稻产生抗(感)病性,但Xooc的HrpE是否形成Hrp pilus还不清楚。本研究对Xooc的hrpE基因进行突变,发现hrpE突变体在水稻上丧失致病性和在烟草上丧失激发HR的能力。与水稻互作结果显示,hrpE突变体不能够与水稻细胞互作,其在水稻组织中的生长能力显著下降。电镜结果显示,hrpE突变体不能够形成Hrp pilus,从而导致水稻条斑病菌丧失在水稻上的致病性。功能互补结果显示,完整的hrpE基因可以恢复hrpE突变体在烟草上激发HR反应的能力、在水稻上的致病性以及在水稻薄壁细胞间形成Hrp pilus的能力,表明hrpE基因形成Hrp pilus是水稻条斑病菌分泌致病性效应分子的重要条件。     

在水稻悬浮细胞系中非亲和白叶枯病菌繁殖受到抑制的现象及其机理的研究

 研究了水稻白叶枯病菌在水稻悬浮细胞系中的繁殖动力学特征以及悬浮细胞胞外液中各类物质对白叶枯病菌繁殖的影响。结果表明,水稻-白叶枯病菌非亲和互作与亲和互作相比病原菌繁殖的数量明显减少。胞外液中粗提蛋白对白叶枯病菌繁殖不具有抑制作用。非亲和互作胞外液中二元酚含量显著增高,并且水稻细胞防卫反应基因的转录和翻译活性明显增强。表明非亲和互作中白叶枯病菌繁殖受到抑制与水稻细胞防卫反应的启动相关。     

稻叶黑粉病菌侵染水稻叶片的细胞学研究

稻叶黑粉病是由担子菌Entyloma oryzae侵染水稻叶片或叶鞘引起的真菌病害，但对病原菌与寄主互作的细胞学机制一直缺少了解。本文对采自田间自然发病叶片上的病斑进行了初步的细胞学分析，结果发现，病原菌侵染后，寄主病斑部位的表皮细胞外部形态基本保持完整；病原菌主要在寄主叶肉细胞部位产生大量的厚垣孢子并逐渐取代叶肉细胞；病原菌菌丝在寄主胞外扩展，未见其穿透寄主细胞壁进入细胞内，也没有产生典型的真菌吸器。靠近病原菌菌丝的寄主各种细胞内的细胞器均发生降解，降解产生的脂类物质凝聚成了体积较大的脂质球。寄主维管束组织的细胞壁一直保持完整，未发现病原菌菌丝进入维管束，病原菌菌丝和孢子被限制在寄主相邻两个维管束之间。在发病后期，由于寄主叶片表皮结构整体性破坏导致大量细菌进入，加速了叶片的衰老死亡。本研究结果表明，稻叶黑粉病菌的侵染模式为胞外侵染，类似于活体营养真菌；但病原菌的侵染导致附近寄主细胞降解死亡，类似于腐生营养真菌。     

水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)化学诱变hrp基因突变体及相关性状的研究

 硫酸二乙酯(diethyl sulfate,DES)化学诱变水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)日本系统III号小种(JXOIII),获得16株hrp-突变体,其在感病寄主水稻IR26、汕优63上失去致病性和在非寄主烟草上失去过敏反应。所得的hrp-突变体并无黄色素缺失现象。16株hrp-突变体的淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和脂酶等胞外酶活性基本与野生型一致。JCM2092、JCM2211、JCM2252和JCM2457这4株hrp-突变体为III型泌出通道突变体,JCM0066等另12株hrp-突变体的超声波破碎液、离心上清液中无激发HR的信号物质存在。细胞组分分析表明,激发烟草HR的信号物质不是LPS而是蛋白类物质。来自JXOIII基因文库hrp基因克隆pUHRX245中的1.1kb SacI-KpnI片段,能够互补hrp-突变体JCM0066和JCM2482,使其恢复在烟草上激发HR的能力,但不能恢复其致病性。     

水稻转录因子OsBTF3对不同病原菌和信号分子的基因表达反应

 转录因子基因OsBTF3在水稻品种日本晴悬浮细胞中受白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)诱导表达。为了阐明OsBTF3在水稻叶组织中的表达特征,本研究利用RT-Q-PCR技术,对经3种亲和性病原菌[水稻白叶枯病菌(Xoo)、水稻条斑病菌(Xooc)和稻瘟病菌(Mg)]接种和4种信号分子[脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯(ETH)]诱导处理的水稻叶片中OsBTF3的转录本进行了定量分析。结果表明,OsBTF3对Xoo、Xooc和Mg侵染的基因表达反应均显著地受到诱导,但反应速度和强度略有差异。而4种信号分子对OsBTF3表达的诱导作用差异较大,ABA诱导活性最强,MeJA和ETH次之,SA诱导作用不显著。因此,OsBTF3基因表达不仅具有病原菌Xoo、Xooc和Mg的诱导性,而且也具有信号分子MeJA、ETH和ABA的应答性。     

磷酸甘油转移酶基因在水稻白叶枯病菌致病力中的作用研究

 稻黄单胞菌稻致病变种(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)引起的水稻白叶枯病,是水稻上的重要致灾病害之一。前期基因组学分析发现,Xoo菌株PXO99^A的PXO_04062基因可能编码一个磷酸甘油转移酶,推测与病原菌的致病力有关。本研究采用自杀质粒pK18mobsacB介导的方法,构建了该基因的缺失突变体,并对突变体进行了反式互补。水稻上致病性测定发现,与野生型菌株相比,PXO_04062基因的缺失突变体DM04062在寄主水稻日本晴上的致病力显著下降,并且其胞外多糖产量、运动性、生物膜形成等均明显降低。进一步采用RNA-seq方法比较突变体转录组的变化,发现突变体中的差异表达基因共有533个,其中包括多个致病相关基因,如胞外多糖合成和细胞运动性等相关基因。与野生型相比,这些基因在突变体中的表达均显著下调。这些结果说明,白叶枯病菌的磷酸甘油转移酶基因是通过影响多种致病力相关因子的合成,来影响病菌在水稻上的致病力。     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

细胞乳突的形成和小麦白粉菌成功侵染的关系

 用一套己知抗白粉病单基因的小麦材料,研究了小麦白粉菌诱发寄主表皮细胞产生的乳突与成功侵染的关系。抗病小麦叶片上,诱发产生乳突的分生孢子占测定分生孢子数的58.8%,感病品种为63.8%。这表明抗性不同的小麦材料接种白粉菌之后,叶表皮细胞内形成乳突的百分率相近,然从在抗病材料和感病材料中形成的乳突阻止病原物发育和成功侵染的作用不相同,在抗病叶片上,诱发产生乳突的分生孢于中有88%停留在压力孢阶段,不继续发育,仅有12%能突破乳突形成吸器,使得侵染成功。与此对照,在感病叶片上只有32%诱发乳突的分生孢子不能穿透乳突,而68%则能突破乳突。成功地与寄主建立寄生关系。我们的研究表明,乳突能否成功地阻止白粉菌侵入可能与乳突形成的迟早有关。     

水稻黑条矮缩病毒和水稻条纹叶枯病毒侵染下水稻qRT\|PCR内参基因的筛选

 病毒侵染通常会干扰寄主细胞的生理代谢过程,分析病毒侵染后寄主基因的表达差异,将为病毒与寄主之间的互作研究提供重要的分子基础。实时荧光定量PCR(qRT\|PCR)是目前基因表达分析中应用最广泛的方法之一,选择合适的内参基因对实验进行校正和标准化至关重要。但是,一些常用作内参的看家基因会受到病毒侵染的影响。本研究中,以感染水稻黑条矮缩病毒(Rice black\|streaked dwarf virus,RBSDV)和水稻条纹叶枯病毒(Rice stripe virus,RSV)的水稻总RNA为材料,利用qRT\|PCR技术和3个统计学软件探讨了10个常用内参基因在病毒侵染下的稳定性。结果显示,感染RBSDV和RSV水稻中表达最稳定的都是UBC和β\|TUB。因此,可选用UBC和β\|TUB组合作为分析RBSDV和RSV侵染过程的水稻内参基因。     

五味子叶枯病病原菌鉴定

 The pathogen causing leaf blight on Schisandra chinensis (Turcz.) Baill. was isolated from diseased leaf. Based on morphological characteristics and pathogenicity test, the pathogen was identified as Alternaria tenuissima (Fr.) Wiltshire. This is the first report of this fungus infecting S. chinensis.     

云南景洪疣粒野生稻抗白叶枯病相关基因表达分析

从已经构建的白叶枯病菌胁迫的景洪疣粒野生稻抑制差减杂交文库(SSH文库)中筛选一批应答基因。通过测序比对,文库中抗逆基因占了绝大部分,涉及抗病、耐旱、抗冻、耐盐相关基因片段以及信号转导因子和植物激素调控蛋白等。其中NBS-LRR和STK类抗病基因各1个,ME207基因与泛素结合酶相似,与过敏性反应信号传导相关。ME022基因与金属硫蛋白MT2基因同源,通过降低细胞内的自由金属离子浓度阻止病症的进一步扩展。综合抗逆相关基因功能的分析,初步推断景洪疣粒野生稻高抗白叶枯病是以抗病基因、信号传导因子和其他抗逆相关基因共同调控的过程。     

防御相关激素与纹枯病菌处理下水稻VQ基因家族的转录分析

 VQ蛋白与WRKY转录因子互作,调节植物防御反应。本研究分析了水稻VQ基因家族在水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、乙烯(ET) 3种防御相关激素和纹枯病菌(Rhizoctonia solani)处理下的转录表达谱。结果表明,水稻VQ基因家族有1/3以上成员至少响应一种处理,OsVQ2、-11和-35的表达在3种激素处理下均显著上调,其中OsVQ2的表达还受R. solani显著诱导。特别是,OsVQ2、-35、-34、和-37分别在SA、JA、ET和R. solani处理下诱导最为明显。启动子顺式元件分析表明,包括W-box核心序列在内的病原响应元件和叶肉组织表达元件CACTFTPPCA1在响应R. solani的VQ基因启动子区域富集,与R. solani侵染下的VQ基因表达特征和纹枯病危害寄主的组织特征基本符合。这些发现提示部分水稻VQ基因可能通过SA、JA或ET信号途径参与了对纹枯病的防御反应,为解析基因功能指明了方向。     

水稻VQ37基因的克隆及其在病原侵染下的表达

 VQ蛋白作为转录辅助蛋白,在植物的生长、发育和抗逆等生理过程中发挥重要的调节功能。本研究采用RT-PCR从水稻叶片中克隆了VQ37基因的完整cDNA序列。VQ37 cDNA长622 bp,具有长为546 bp的完整开放读码框,编码蛋白质长181个氨基酸,具有FxxxVHxVTG的VQ基序变体。系统进化分析表明,水稻VQ37与短花药野生稻(Oryza brachyantha)、大麦(Hordeum vulgare)和Dichanthelium oligosanthes等禾本科植物亲缘关系近;除水稻旁系同源物VQ39外,VQ37与短花药野生稻中的XP 015699121亲缘关系最近。原生质体瞬间表达实验证实VQ37定位在细胞核中。荧光定量PCR分析显示,VQ37基因的组织特异性表达和诱导表达结果与启动子顺式元件预测基本一致。VQ37在叶片中的表达丰度最高,其次是叶鞘、茎、穗、根和花,在胚和胚乳中无表达。VQ37受纹枯病菌(Rhizoctonia solani)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryza)显著诱导,而不受白叶枯细菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)诱导;与此一致的是,VQ37受真菌病原相关模式(PAMP)分子几丁质寡糖快速诱导,而不受细菌鞭毛蛋白flg22影响。茉莉酸甲酯和乙烯利能显著诱导VQ37的表达,而水杨酸对其表达无明显影响。上述结果提示,VQ37可能调控水稻对稻瘟病菌和纹枯病菌防御反应,这种调节作用可能依赖于茉莉酸/乙烯介导的信号途径,而与水杨酸信号途径无关。该研究为阐释水稻VQ37基因在水稻抗病反应中的调节功能提供了基础。     

木质部次生细胞壁增厚参与疣粒野生稻对黄单胞杆菌水稻变种的抗性

 黄单胞杆菌水稻变种（Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo）引起的水稻白叶枯病是一个世界性的严重病害。疣粒野生稻（Oryzae meyeriana）对Xoo具有高度抗性,但其抗性机制仍不清楚。本文以抗病的疣粒野生稻和感病的水稻品种大粒香为材料,研究了Xoo侵染对叶片病斑、叶绿体超微结构、光合系统活性和木质部超微结构的影响。结果表明,多种Xoo生理小种导致的疣粒野生稻叶片病斑长度都明显短于大粒香叶片的病斑长度。Xoo病菌侵染显著破坏了大粒香的叶绿体结构,明显抑制了其光合活性,而疣粒野生稻中的变化要轻得多。通过电镜切片,发现疣粒野生稻叶片导管内存在大量的Xoo病菌,这表明Xoo能够侵染疣粒野生稻且能够在叶片内增殖。病菌的侵染诱导了疣粒野生稻木质部次生细胞壁的增厚,抑制了病菌通过导管纹孔向邻近细胞的进一步侵染,这种反应可能参与了疣粒野生稻对Xoo的抗性。     

Molecular Identification of a Sexual Interloper: The Pear Pathogen, Venturia pirina, has Sex on Apple

ABSTRACT Venturia pirina (the pear scab pathogen) and V. inaequalis (the apple scab pathogen) were detected as ascospores discharged from apple leaf litter in New Zealand (spring 1998). Pseudothecia of both species were located on dead apple leaves; however, only those of V. inaequalis were associated with scab lesions. V. pirina was identified by rDNA sequence analyses, because morphological characters could not distinguish this fungus from V. asperata (a rare saprophyte on apple) and other Venturia spp. pathogenic on rosaceous fruit trees. Species-specific polymerase chain reaction primers designed to the 18S end of the internal transcribed spacer 1 region differentiated Venturia fruit tree pathogens reliably. V. pirina field isolates were pathogenic on pear, but only weak saprophytes on apple. In rare instances, when appressoria of V. pirina appeared to penetrate the cuticle of apple leaves, epidermal cells responded with a localized hypersensitive response (HR). To our knowledge, this is the first report of induction of HR-like events by V. pirina on its nonhost, apple, and also the first record of sexual reproduction of V. pirina on apple. It is assumed that V. pirina pseudothecia formed from saprophytic lesions in senescing apple leaves when active defense mechanisms such as HR were no longer induced.     

过表达嗜热毛壳菌Cu/Zn-SOD基因提高转基因水稻对3种病害的抗性

超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD,EC1.15.1.1)是生物体中清除氧自由基、保护细胞免受氧化损害的关键保护酶之一,SOD活性的提高可以增加植物对各种不良环境的适应和耐受能力。本研究将一个源自嗜热毛壳菌(Chaetomium thermophilum,Ct)的Cu/Zn-SOD基因Ct SOD通过农杆菌介导的遗传转化方法转入水稻,转基因植株的SOD活性均得到显著提高。对转基因植株分别接种水稻白叶枯病、细菌性条斑病以及纹枯病的病原,发现过量表达Ct SOD能够显著提高转基因植株对3种病害的抗性。这种对多种病害具有抗性的单个基因在植物抗病育种中具有重要应用价值。     

水稻白叶枯病菌转录调控因子基因fleQxoo和σ54因子基因rpoNxoo的分子鉴定

 为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,简称Xoo)鞭毛生物合成及运动性的调控机理,本研究首先通过基因克隆、序列分析、缺失突变及表型测定,对转录调控因子fleQxoo和编码σ⁵⁴因子的基因rpoNxoo进行了分子鉴定。通过基因特异性扩增,成功地从Xoo菌株PXO99^A中克隆了fleQxoo和rpoNxoo。其基因序列与其它黄单胞病原菌中的同源序列高度保守。FleQxoo是NtrC家族激活蛋白成员之一,具有与σ⁵⁴作用的结构域和DNA结合保守结构域(HTH)。用标记交换法构建了△fleQxoo和△rpoNxoo基因缺失突变体。与PXO99^A相比,△fleQxoo和△rpoNxoo鞭毛产生能力丧失,运动性减弱,基因互补可以使之恢复;但其胞外纤维素酶和木聚糖酶活性以及对烟草叶片组织的致敏性无明显改变。因此,FleQxoo和σ⁵⁴主要参与了鞭毛生物合成及其运动性的调控。     

棘孢木霉菌鉴定及其对花生白绢病生防机制的研究

为了利用生防菌有效防控花生白绢病Sclerotium rolfsii,本研究采用稀释培养法从花生根际土中分离木霉菌,采用平板对峙法和盆栽试验筛选对花生白绢病具有高效生防效果的菌株并测定其生防机制,通过形态学、分子生物学技术和环境因子对发育的影响确定生防菌株的分类地位及生物学特性。结果表明,从分离的132株木霉菌中筛选出1株对齐整小核菌S. rolfsii 具有高效抑菌效果的菌株GH-20,抑菌率达89.93%,将其鉴定为棘孢木霉菌Trichoderma asperellum。对峙培养时,菌株GH-20对齐整小核菌的拮抗指数达Ⅰ级,当其菌落覆盖病原菌菌落后,其菌丝缠绕和侵入病原菌菌丝,并使病原菌菌丝体逐渐消解、减少,导致病原菌不能产生菌核;菌株GH-20产生的挥发性代谢产物（volatile gas,VOG）和非挥发性代谢产物（non-VOG）对病原菌的抑菌率分别为59.95%和79.49%。盆栽试验结果表明,同时接种菌株GH-20和齐整小核菌对花生白绢病生防效果最好,为79.64%。另外,该菌株具有在以果糖为碳源,以酵母膏为氮源和pH 7的条件下生长发育较好,光照有利于生长而光暗交替有利于孢子形成等生物学特性。生防机制研究结果显示,棘孢木霉菌GH-20主要通过竞争、重寄生作用和产生拮抗物质抑制和消解齐整小核菌,从而起到防病效果。