禾谷镰孢染色质缩合调节因子FgRCC1的功能分析

小麦赤霉病是影响小麦产量与粮食安全的重大真菌病害之一,其主要致病菌为禾谷镰孢(Fusarium graminearum)。染色质缩合调节因子(RCC1)作为一种核蛋白,能促进Ran结合的GDP/GTP转换,在染色质缩合起始、核质转运和有丝分裂过程中起关键作用,但其在丝状真菌中的功能尚未见报道。本研究通过基因敲除的方法,获得了禾谷镰孢中基因FgRCC1的敲除突变体ΔFgRCC1和互补菌株ΔFgRCC1-C。通过表型测定分析,发现敲除突变体ΔFgRCC1的生长速率较野生型菌株PH-1和ΔFgRCC1-C降低约8.5%,且菌丝分枝变多。敲除突变体ΔFgRCC1的分生孢子产量降低约8.8%,并且隔膜数在4和5个的分生孢子比例明显增多。此外,敲除突变体ΔFgRCC1对杀菌剂戊唑醇变得敏感,而对多菌灵、刚果红、SDS、KCl、CaCl₂、MgCl₂的抗性增强。致病性测定发现,ΔFgRCC1在小麦上的致病力下降,并且其体内毒素体形成受阻,DON毒素生物合成显著减少,7种TRIs转录水平显著降低。研究结果表明,染色质缩合调节因子FgRCC1在禾谷镰孢菌丝生长...     

RNA-Seq解析cAMP促进禾谷镰孢菌DON毒素产生的分子基础

 禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病(Fusarium head blight)不仅造成小麦产量损失,而且病菌在侵染过程中会释放大量真菌毒素,导致小麦籽粒污染,严重威胁人畜健康。实验室前期研究发现外源添加环磷酸腺苷(cAMP)可以促进禾谷镰孢菌脱氧雪腐镰孢菌烯醇毒素(Deoxynivalenol, DON)产生,但其分子机制尚不清楚。本研究利用转录组分析了cAMP处理后禾谷镰孢菌基因的表达情况,探究了cAMP促进DON毒素合成的潜在机制。研究发现响应cAMP处理的差异表达基因有4 470个,其中1 818个基因上调,2 652个基因下调。负责DON毒素合成TRI基因簇的所有基因在cAMP处理下均上调表达,表明cAMP通过诱导TRI基因簇表达促进DON毒素合成。进一步分析了cAMP下游依赖性蛋白激酶A(PKA)的敲除突变体Δpka的转录组数据,发现几乎所有TRI基因簇基因均下调表达,并且cAMP处理上调表达而Δpka突变体中下调表达的基因中显著富集真菌毒素代谢相关的基因,该结果进一步表明cAMP通过PKA通路调控DON毒素合成。此外,cAMP处理后,可诱导DON毒素产生的γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)合成相关基因上调表达,而GABA分解相关基因下调表达。这表明禾谷镰孢菌可通过调节细胞内的GABA水平促进DON毒素合成。     

草莓多主棒孢霉小柱孢酮脱水酶基因CcSCD1的功能研究

 多主棒孢霉(Corynespora cassiicola)是世界范围内重要的植物病原真菌,其引起的草莓棒孢霉叶斑病对草莓产业的健康发展具有潜在威胁。小柱孢酮脱水酶(scytalone dehydratase,SCD)是真菌多聚二羟萘类(DHN)黑色素生物合成途径中的关键酶,在植物病原菌致病过程中发挥重要作用。本研究通过同源重组的方法获得了草莓多主棒孢霉小柱孢酮脱水酶基因(CcSCD1)的敲除突变体,并进行了回补和RT-PCR验证。与野生型相比,敲除突变体△CcSCD1-2表现为菌落无色素沉积、菌丝稀疏、产孢量显著下降、分生孢子无色较小以及致病力明显减弱。结果表明,CcSCD1参与调控多主棒孢霉的黑色素生物合成、营养生长、分生孢子产量及致病力。     

假禾谷镰孢中三角状五肽重复蛋白的全基因组鉴定与表达分析

 假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum, Fp)是引起小麦茎基腐病的优势病原菌,但关于该病原菌致病机理的研究报道很少。三角状五肽重复蛋白(Pentatricopeptide repeat protein,Ppr)为一类核编码的RNA结合蛋白,通过结合特定的RNA序列调控靶标基因RNA的成熟过程,参与线粒体基因组转录和翻译。Ppr蛋白在植物、动物(包括人)及酵母中有一些研究报道,但在丝状真菌特别是植物病原真菌中鲜见报道。为了明确假禾谷镰孢中PPR基因家族的特征,本研究通过全基因组Blastp分析,共鉴定出8个PPR候选基因序列FpPPR1~FpPPR8,主要分布在1号、3号、4号染色体上,基本不含有内含子。理化性质与功能预测显示,Ppr为亲水性蛋白,氨基酸长度510~1 353 aa,分子量59.09~152.23 kDa,等电点为5.23~9.69,其中FpPpr3和FpPpr7为稳定蛋白,其他6个蛋白为不稳定蛋白。亚细胞定位预测显示,Ppr蛋白主要位于线粒体。FpPpr1、FpPpr3、FpPpr5、FpPpr6和FpPpr7的3D结构预测形成明显的超螺旋结构。在假禾谷镰孢营养阶段和侵染过程的转录组数据中分析了8个基因表达模式,通过qRT-PCR进行验证,FpPPR1、FpPPR3、FpPPR5在菌丝阶段高表达,FpPPR1、FpPPR5在侵染后期显著下调。本研究结果为进一步研究假禾谷镰孢中PPRs基因的生物学功能奠定基础。     

ABC转运蛋白BcAtm1参与灰葡萄孢分生孢子萌发及对寄主植物的侵染

 灰葡萄孢 (Botrytis cinerea)引起的灰霉病可在200多种植物上发生,每年造成全世界高达近千亿美元的损失。Atm1是一种在真核生物中进化保守的线粒体内膜ABC转运蛋白,主要通过向细胞质转运Fe/S簇参与维持细胞的正常生命活动,但Atm1在病原菌致病过程中的作用至今仍不清楚。本研究筛选到一株灰葡萄孢ATM1被T-DNA标记的致病缺陷突变体,并在野生型中对该基因实施了敲除。表型分析发现,突变体ΔBcatm1的分生孢子萌发缓慢且不同步,培养4 h的萌发率只有10%(野生型超过90%),直到12 h,萌发率才接近90%;突变体菌丝生长速度减慢,只能达到野生型水平的67%;菜豆成熟叶片离体接种实验显示,突变体ΔBcatm1基本丧失了致病能力,侵入寄主后只能在接种点附近引发微小的病斑,病斑面积只能达到野生型的10%左右。将完整的BcATM1基因重新导入突变体ΔBcatm1可以完全或部分恢复上述异常表型。本研究结果表明BcATM1是一个关键的致病相关基因,参与了灰葡萄孢分生孢子的萌发、菌丝生长及侵染寄主等过程。     

MB和CMC液体培养基对禾谷镰孢产孢水平的影响

禾谷镰孢分生孢子定量接种是研究作物抗禾谷镰孢的必要手段?本试验利用绿豆(mung bean, MB)与羧甲基纤维素(carboxylmethyl cellulose, CMC)液体培养基在相同条件下培养禾谷镰孢, 比较两种培养基对禾谷镰孢产孢效率的影响; 并用两种培养基诱导分生孢子制成相同浓度孢子悬浮液, 对75个玉米家系进行人工接种鉴定, 检测不同培养基所产分生孢子致病性差异?结果表明, CMC培养基诱导分生孢子增长率(k2=1.125)大于MB培养基诱导增长率(k1=0.844)?在培养第14天, MB培养基诱导获得的分生孢子平均浓度为2.51×105个/mL, CMC培养基诱导的为3.62×105个/mL, 比MB培养基诱导多44.22%?用两种培养基诱生的孢子进行田间接种, 玉米穗腐病发病程度无明显差异?CMC培养基具有产孢快?孢子浓度高的优点, 是一种适宜禾谷镰孢分生孢子诱生的高效液体培养基?     

亚甲基四氢叶酸还原酶参与调控稻瘟病菌的生长、发育和致病性

 稻瘟病菌(Magnaporth oryzae)引起的稻瘟病是水稻上一种毁灭性病害,每年给全球水稻生产造成10%～30%的产量损失,严重威胁着全球的粮食生产安全。从分子水平探究该病菌的致病机制,对于挖掘潜在的控制稻瘟病的药剂靶标具有重要的理论和实践意义。本研究在稻瘟病菌中鉴定到2个分别与酿酒酵母亚甲基四氢叶酸还原酶Met12和Met13同源的蛋白,命名为MoMet12和MoMet13。MoMet12和MoMet13分别含有690和631个氨基酸,两者的一致性为32%。对这2个蛋白编码基因分别进行敲除突变,发现ΔMomet12和ΔMomet13突变体在CM营养丰富培养基上生长减慢、气生菌丝减少。ΔMomet13在MM基本培养基上不能生长,在SDC和OM营养饥饿培养基上生长显著减慢,气生菌丝稀薄。ΔMomet12在MM、SDC和OM培养基上生长均显著减慢;对突变体进行产孢和致病性测定发现,ΔMomet13突变体在CM和SDC培养基上均丧失了产孢能力,而ΔMomet12在CM培养基上产孢量显著下降,在SDC上产孢能力丧失;ΔMomet13突变体侵染菌丝扩展和致病力显著下降,ΔMomet12突变体致病力与野生型比较无明显变化。加入外源的甲硫氨酸可恢复ΔMomet12和ΔMomet13突变体在不同培养基上的生长和产孢缺陷,且能部分恢复ΔMomet13突变体的致病能力。上述结果表明,MoMet12和MoMet13通过参与甲硫氨酸的生物合成,从而控制稻瘟病菌的生长和无性繁殖。MoMet13同时是一个重要的致病相关因子,参与病菌侵染菌丝的生长和致病过程。     

玉蜀黍平脐蠕孢聚酮合酶基因BmPKS18的功能分析

玉蜀黍平脐蠕孢(Bipolaris maydis)引起的玉米小斑病严重影响了玉米的产量与质量。聚酮合酶参与调控多种毒素和黑色素的合成，在植物病原真菌生长发育和致病性方面发挥重要作用。解析聚酮合酶基因在B.maydis中的作用，对玉米小斑病防治具有重要指导意义。本研究通过基因敲除与回补的方法获得了聚酮合酶基因BmPKS18敲除突变体和回补菌株。与野生型和回补菌株相比，突变体ΔBmPKS18产生白化菌落，菌丝生长速率、产孢量和孢子萌发率显著降低，分生孢子无色且长度增加，有性生殖能力存在缺陷，致病力明显减弱。结果表明，BmPKS18基因在玉蜀黍平脐蠕孢营养生长、有性和无性生殖、致病性等方面具有重要调控作用，研究结果为深入解析玉蜀黍平脐蠕孢致病机制提供重要依据。     

假禾谷镰孢引起的小麦茎基腐病发生危害与防控研究进展

小麦茎基腐病近年来在我国发生日趋严重,不但威胁我国粮食安全,还存在真菌毒素污染的潜在威胁,危害人畜健康。本文概述了小麦茎基腐病的危害现状以及在不同地区引起该病害的优势镰孢菌种类,明确了假禾谷镰孢Fusarium pseudograminearum在我国多个小麦主产区已逐渐上升为茎基腐病的优势病原。在此基础上,进一步分析了假禾谷镰孢的侵染循环和遗传多样性,揭示了小麦茎基腐病严重发生与土壤中的病原菌积累、农业措施及多种环境气候因素,尤其是干旱环境密切相关。总结了目前已报道的调控假禾谷镰孢致病的关键蛋白,揭示了假禾谷镰孢的产毒类型,明确了脱氧雪腐镰刀菌烯醇 (DON) 合成的生化途径,不同杀菌剂对镰孢菌毒素合成的影响,以及杀菌剂刺激或抑制DON合成的机制。并以“防病减毒”为目的,提出了多种协同防病的综合防治措施,可为小麦茎基腐病绿色防控提供参考。     

禾谷镰孢FgCYP51B蛋白F511L突变对分生孢子产量及其对烯唑醇敏感性的影响

Phe511是禾谷镰孢甾醇-14α-脱甲基酶FgCYP51B活性口袋中的一个重要氨基酸。本研究中,我们探究了FgCYP51B蛋白中该位点突变后对禾谷镰孢主要生物学表型的影响,并通过分子对接探讨了可能的原因。结果表明禾谷镰孢FgCYP51B-F511L突变体在菌落形态、生长速率等表型上与野生型菌株PH-1没有明显差异。但是F511L突变导致分生孢子的产量严重降低,对烯唑醇的敏感性增强。分子对接发现突变后亮氨酸的长侧链使得烯唑醇的甲基发生扭转,侧链朝向发生改变,更有利于与蛋白受体形成较强的疏水作用,这可能是导致FgCYP51B-F511L突变体对烯唑醇敏感性增强的原因。     

山茶炭疽菌CcSnf1基因参与调控山茶炭疽菌的生长发育和致病力

 油茶炭疽病是油茶上的重要病害,山茶炭疽菌(Colletotrichum camelliae)是该病害的优势病原菌。本研究以山茶炭疽菌中丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶SNF1蛋白复合体的核心组分CcSnf1为研究对象,研究其在山茶炭疽菌的营养生长、产孢量、孢子萌发、附着胞形成、对环境胁迫因子的响应、对不同碳源的利用、致病力等方面的生物学功能,为油茶炭疽病的防控提供理论依据。研究结果表明,山茶炭疽菌CcSnf1基因编码的蛋白为719个氨基酸,含有一个蛋白激酶催化结构域、一个泛素相关结构域和一个腺苷酸感应器结构域。CcSnf1是果生炭疽菌CfSnf1和胶孢炭疽菌CgSnf1的高度同源物。该基因的敲除体菌丝生长减慢,分生孢子产量显著降低,对不同碳源、细胞壁完整性因子和渗透压胁迫因子有不同程度的敏感性。侵染早期阶段的孢子萌发率和附着胞形成率显著受影响,随后CcSnf1的敲除体对油茶果实和叶片的致病力明显减弱。本研究表明CcSnf1在山茶炭疽菌的菌丝生长、产孢、胁迫因子响应、对特定碳源的利用和致病力具有重要的作用。     

假禾谷镰孢菌细胞自噬相关基因的鉴定与表达分析

细胞自噬是真核生物中一类包含多种进化保守的Atgs蛋白参与的蛋白质降解途径,该途径也参与多种植物病原真菌的产孢、孢子萌发和致病性过程。本研究利用模式物种已知的Atgs,通过生物信息学分析在假禾谷镰孢菌中鉴定到29个Atgs,分属29种不同蛋白类型。细胞自噬核心调控机制相关蛋白Atg1、Atg6、Atg8和Atg9的氨基酸序列系统进化分析结果显示,Atgs在丝状真菌间非常保守,符合物种进化的特点。通过假禾谷镰孢菌跟亲和与非亲和寄主转录组数据分析发现,与菌丝阶段相比26个Fp Atgs在侵染阶段的表达发生改变,其中Fp Atg1、2、3、4、5、7、8、9、13、22、23、28和Fp Vps34在侵染初期和中后期均诱导表达;Fp Atg6、14、17、20、24、29和Fp Vps15在侵染初期和中后期表达量均降低;Fp Atg10、11除在非亲和互作中后期表达量略有上调,其余阶段均显著下调表达;Fp Atg15、16在亲和互作初期诱导表达,其余阶段均下调表达;Fp Atg26、27在亲和互作初期下调表达,中后期诱导表达,而在非亲和互作初期表达量升高,到中后期下调表达。推测细胞自噬参与调控假禾谷镰孢菌的侵染过程。     

一个编码富含丝氨酸蛋白的基因影响大丽轮枝菌的微菌核形成、产孢及致病力

 大丽轮枝菌是一种可在广泛的寄主范围内引发黄萎病的土传植物病原真菌,主要以微菌核的形式在土壤中存活多年,因此鉴定与微菌核形成及致病力相关的基因对防治该病害至关重要。本课题组从前期构建的棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库中筛选到一个微菌核明显减少的突变体,致病力测定结果表明,该突变体致病力明显下降。以棉花黄萎病菌野生型菌株V592的基因组DNA为模板,从棉花黄萎病菌中克隆到被T-DNA插入突变的基因(VdSRP1)编码区全长为415 bp,包含一个外显子,编码一个富含丝氨酸蛋白,与任何已知的注释基因没有显著的序列相似性。为了明确VdSRP1基因在大丽轮枝菌中的功能,利用同源重组的原理及农杆菌介导的遗传转化方法获得了VdSRP1基因的2个敲除体菌株,与棉花黄萎病菌野生型菌株V592相比,VdSRP1基因敲除突变体的微菌核形成明显减少,产孢量及孢子萌发率下降,对棉花的毒力也显著下降。对野生型菌株V592及VdSRP1敲除突变体的转录分析表明,VdSRP1调控一系列与微菌核形成、孢子形成及致病力相关基因的表达。这些结果表明,VdSRP1基因影响大丽轮枝菌的致病力、微菌核形成、产孢及孢子萌发。     

一个编码富含丝氨酸蛋白的基因影响大丽轮枝菌的微菌核形成、产孢及致病力

 大丽轮枝菌是一种可在广泛的寄主范围内引发黄萎病的土传植物病原真菌,主要以微菌核的形式在土壤中存活多年,因此鉴定与微菌核形成及致病力相关的基因对防治该病害至关重要。本课题组从前期构建的棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库中筛选到一个微菌核明显减少的突变体,致病力测定结果表明,该突变体致病力明显下降。以棉花黄萎病菌野生型菌株V592的基因组DNA为模板,从棉花黄萎病菌中克隆到被T-DNA插入突变的基因(VdSRP1)编码区全长为415 bp,包含一个外显子,编码一个富含丝氨酸蛋白,与任何已知的注释基因没有显著的序列相似性。为了明确VdSRP1基因在大丽轮枝菌中的功能,利用同源重组的原理及农杆菌介导的遗传转化方法获得了VdSRP1基因的2个敲除体菌株,与棉花黄萎病菌野生型菌株V592相比,VdSRP1基因敲除突变体的微菌核形成明显减少,产孢量及孢子萌发率下降,对棉花的毒力也显著下降。对野生型菌株V592及VdSRP1敲除突变体的转录分析表明,VdSRP1调控一系列与微菌核形成、孢子形成及致病力相关基因的表达。这些结果表明,VdSRP1基因影响大丽轮枝菌的致病力、微菌核形成、产孢及孢子萌发。     

河南省小麦赤霉病菌种群组成及致病力分化

 为明确河南省小麦赤霉病种群组成和致病力分化情况,2007—2014年对河南省15个市84个田块的327个小麦赤霉病菌进行种群鉴定、毒素化学型分析和致病力分化研究,结果表明:Fusarium graminearum s. str.和F. asiaticum是河南省小麦赤霉病的优势种群(97%),F. pseudograminearum(2.1%)、F. culmorum(0.3%)、F. equiseti(0.3%)、F. verticillioids(0.3%)为次要种群;对于禾谷镰刀菌复合群来说,豫北地区分布只有F. graminearum s. str.,豫中地区F. graminearum s. str.和F. asiaticum都存在,以F. graminearum s. str.为主,豫南地区F. graminearum s. str.和F. asiaticum都存在,以F. asiaticum为主;291个F. graminearum s. str.都为15ADON类型,26个F. asiaticum菌株中22个为3ADON,1个为15ADON,3个为NIV类型;F. graminearum s. str.(15ADON)也存在致病力分化,强、中、弱致病力的菌株在河南省的比例约为2:2:1。     

禾谷镰刀菌蛋白激酶FgSid1的功能研究

 实验室前期已经对禾谷镰刀菌中116个蛋白激酶进行了鉴定,发现FgSID1基因(FGSG_07344)敲除突变体在有性生殖过程中存在严重缺陷,但其在禾谷镰刀菌中的具体功能却未被详细报道。本研究通过表型分析和亚细胞定位等实验明确了FgSid1在营养生长、有性发育和致病性等方面的功能。本研究发现FgSID1基因敲除突变体菌落生长速度显著变慢,分生孢子隔膜数量减少且产孢量下降;在有性生殖阶段,FgSID1基因敲除突变体的子囊壳形态和大小均正常,但子囊畸形且子囊孢子形成有缺陷;此外,FgSID1基因敲除突变体只能侵染接种小花,而无法扩展到穗轴及临近的小穗,且接种点的小麦籽粒DON毒素含量显著下降;研究还发现FgSID1基因敲除突变体的分生孢子、营养菌丝和子囊孢子的分隔中均含有多个细胞核;本研究又通过亚细胞定位实验发现FgSid1定位于微管组织中心。因此,蛋白激酶FgSid1可能通过参与禾谷镰刀菌无性和有性阶段的细胞分裂影响禾谷镰刀菌的营养生长、分生孢子和子囊孢子的发育以及侵染能力。     

水稻条斑病菌rsmA基因在致病性中的功能分析

RsmA属于CrsA/RsmA蛋白家族成员,是一类RNA结合蛋白,作为一类全局性的转录后调控因子,调控碳代谢、生物膜形成、游动性以及致病性相关基因的表达等。同源性搜索结果显示,水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)RS105中存在rsmA基因,其与白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)PXO99A的rsmAXoo同源性为100%。但是,r smAXoc基因在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的rsmA缺失突变体RΔrsmA。寄主水稻和非寄主烟草接种结果显示,RΔrsmA在水稻上仍具有致病性,在非寄主烟草上也能够激发HR反应,这些结果与已鉴定的Xoo rsmA突变体表型不一致。但是,与野生型菌株相比,RΔrsmA在感病水稻上的毒性显著降低;在丰富和贫乏的培养基中,RΔrsmA的生长能力也明显减弱。其他毒性相关表型的测定结果显示,与野生型菌株相比,RΔrsmA在半固体培养基上的游动能力减弱,生物膜形成能力增强,胞外多糖产量明显降低,胞外蛋白酶的活性增加。这些结果暗示在Xoc中rsmA为重要的毒性相关基因,在Xoo和Xoc中RsmA在致病性中的功能存在一定的差异,RsmA下游调控基因的鉴定可能为解析其在2个水稻致病变种中功能的差异提供线索。     

禾谷镰刀菌脂质转运蛋白Vps13的功能分析

 Vps13蛋白家族是真核生物中高度保守的一类脂质转运蛋白,其在丝状真菌中的功能尚不清楚。小麦赤霉病主要由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起,是小麦最重要病害之一。禾谷镰刀菌含有酿酒酵母VPS13的一个同源基因FgVPS13。通过同源重组的方法获得禾谷镰刀菌FgVPS13敲除突变体。研究表明,FgVPS13敲除突变体出现生长、产孢和有性生殖的缺陷。FgVPS13敲除突变体在小麦胚芽鞘和麦穗上的致病力下降,产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)毒素含量也明显降低。而且,FgVPS13抑制线粒体自噬。总之,FgVPS13参与调控禾谷镰刀菌菌丝生长、无性和有性生殖、致病力和线粒体自噬。