稻瘟病菌效应蛋白MoIEEP1功能初探

由稻瘟病菌引起的稻瘟病是全球最严重的植物真菌病害之一, 严重威胁水稻生产安全?效应蛋白是病原菌与植物对抗过程中分泌产生的一种蛋白质, 可作为毒力因子促进侵染或作为无毒因子触发防御反应?本研究对实验室前期筛选到的在稻瘟病菌侵染早期诱导表达的效应蛋白(infection-induced expression effector protein 1, MoIEEP1)进行了功能验证与分析?结果表明: MoIeep1 在稻瘟病菌侵染初期8 h表达量最高; 信号肽和亚细胞定位分析验证该蛋白N端含有17个氨基酸的信号肽且在水稻原生质体中呈明亮点状的定位信号, 初步推测该定位信号为过氧化物酶体或线粒体等细胞器; 与野生型菌株Guy11相比, MoIeep1 基因敲除突变体菌丝生长无明显差异, 但其致病性受到影响?以上研究结果为进一步探究该蛋白质的作用机理打下良好基础, 也为揭示其他效应蛋白在稻瘟病菌侵染水稻过程中的功能提供新的理论依据?     

稻瘟病菌在水稻CO39近等基因系上的生命表和繁殖表

 本文选用以CO39为背景的水稻近等基因系与广东省稻瘟病菌3个优势生理小种(ZC₁₃、ZB₁和ZB₅)构成12个亲和性和非亲和性互作组合,组建各组合稻瘟病菌的生命表和繁殖表,分析在亲和性互作中稻瘟病菌的生存和繁殖状况对寄主发病的影响,并探讨在非亲和性互作中抗性基因在抵御病菌侵染过程中的作用。结果表明,在亲和性和非亲和性互作中,稻瘟病菌生长繁殖各阶段均参与了感抗反应并发挥了一定的作用:在CO39近等基因系上,同一小种的孢子萌发率或菌丝形成率无明显差别,而小种间则表现一定差异;病菌的定殖和繁殖是亲和与非亲和互作的关键阶段,定殖率、病斑形成率低,则寄主表现抗病,反之则表现感病。在繁殖表众多表示种群增长的参数中,世代平均产孢量F'、净增殖率R₀、最大相对增长率r_max和种群趋势指数Ⅰ等4个指标适合于反映稻瘟病菌繁殖状况与感抗病反应的关系。     

江汉平原水稻白叶枯病菌致病型的变异研究

 从水稻和稻田周围常见的10种杂草上来集梨孢属菌株,以涂沫法作交互接种,分离自牛筋草、狗尾草、法氏狗尾草、李氏禾、罗氏草、铺地黍、稗和马唐的梨孢菌与分离自水稻的梨孢菌可以交叉侵染其寄主,茭白和碎米莎草梨孢菌与稻梨孢菌不能交互侵染;自然诱发条件下来自牛筋草和狗尾草的梨孢菌与来自水稻的梨孢菌对其寄主同样发生交叉侵染。直接从杂草寄主上分离的梨孢菌株对水稻的致病性较弱,接种到水稻感病品种发病后再分离的菌株,对水稻致病性增强,对原寄主的致病性基本保持不变。推断稻瘟病区稻田周围牛筋草、狗尾草、法氏狗尾草、李氏禾、罗氏草、铺地黍、稗和马唐等杂草寄主上的梨孢菌在稻瘟病菌的积累和传播方面具有作用。     

球毛壳ND35菌株在宿主植物上的侵染定殖

为了解球毛壳Chaetomium globosum ND35菌株在宿主植物上的侵染定殖方式和途径,以毛白杨组培苗为宿主植物,借助光学显微镜、扫描电镜、透射电镜,结合免疫荧光标记技术,研究了球毛壳ND35菌株子囊孢子萌发后在毛白杨上的侵染行为及其菌丝在组培苗根部的定殖。结果显示,子囊孢子萌发后形成的菌丝,能从杨树苗根、茎部表面细胞间的缝隙侵入或在根表面形成附着胞,进而形成侵染钉直接从表皮细胞侵入,在叶部主要从气孔侵入叶片内部。侵入根部的菌丝主要定殖于表皮细胞、外皮层细胞和细胞间隙,未进入内皮层和维管束组织。     

茎基腐亚洲镰孢菌侵染抗感小麦品种的组织病理学观察

小麦茎基腐是由多种镰孢菌侵染的世界性土传病害,亚洲镰孢菌(Fusarium asiaticum)是我国冬小麦主产区茎基腐镰孢菌的优势种群,对小麦生产造成巨大损失。本研究利用绿色荧光蛋白报告基因标记亚洲镰孢菌,研究其侵染抗感小麦的病理组织学过程,建立了茎基腐病菌与寄主互作的直观性的研究体系,对病害防治及抗病育种具有重要意义。基于PEG-CaCl_2介导原生质体转化法将gfp导入亚洲镰孢菌株CF0915,对转化子进行荧光表达、PCR验证、遗传稳定性、生长特性及致病力分析,选取与野生型表现相近的转化子进行侵染分析。结果表明,绿色荧光蛋白基因(gfp)与潮霉素基因(hyg)PCR扩增表明gfp已整合入真菌基因组中,转化子菌丝与分生孢子表现强烈绿色荧光信号,gfp能够在转化子中稳定遗传,菌落形态、生长速度及致病力与野生型菌株无显著差异;将gfp标记病菌分生孢子接种感病品种1 d后,大量孢子附着于根毛及根表皮细胞开始萌发,接种2 d后观察到抗性品种分生孢子萌发;感病品种接种3 d后,菌丝直接侵入表皮细胞或沿表皮细胞间层定殖生长,扩展至皮层组织,8 d后菌丝从根部迅速扩展至茎基部,至第10 d大量菌丝充塞根皮层细胞,叶鞘维管束也被菌丝侵染,并产生大量大型分生孢子,植株表现褐色病斑,14 d后根部及茎维管束被大量菌丝体填充,而后产生大量厚垣孢子,至25 d大部分感病品种幼苗萎蔫死亡;与感病品种相比,抗性品种在整个侵染过程中表现时间滞后。本研究对引起茎基腐病的亚洲镰孢菌侵染小麦的组织学过程观察,为病菌致病机理的阐释及抗病资源的利用提供了重要理论依据。     

非亲和性稻瘟病菌对水稻的诱导抗性

为研究稻瘟病菌Magnaporthe oryzae不同菌株间的相互作用,选择与单抗性基因系水稻IRBL5-M （携带抗性基因Pi5）表现为亲和性的菌株HN52与非亲和性的菌株HN119为研究对象,将其单独或混合接种到单抗性基因系水稻IRBL5-M中,并通过荧光显微镜观察接种后水稻叶鞘的发病情况及病斑面积,测定接种后水稻内相关抗性基因OsWRKY45、OsNPR1、OsPR10、OsMAPK2的表达量以及活性氧的变化。结果显示,相较于单独接种亲和性菌株,混合接种后单抗性基因系水稻IRBL5-M病斑发病面积减少;混合接种中亲和性菌株HN52菌丝侵染能力降低,侵染菌丝细胞间扩展率显著降低73.13%;同时单抗性基因系水稻IRBL5-M中OsWRKY45、OsNPR1、OsPR10和OsMAPK2抗性基因表达量显著增加,水稻叶片中活性氧含量增加,表明在菌株混合侵染过程中,非亲和性菌株可通过激发水稻的抗性反应来降低亲和性菌株对水稻的侵染程度。     

枯草芽孢杆菌B-332菌株对稻瘟病的防治效果及定殖作用

为了进一步明确枯草芽孢杆菌B-332菌株对稻瘟病的生防作用,分别对盆栽水稻的防治效果、防治适期、标记菌株在水稻上的定殖作用及田间的防治效果进行了考察。结果表明,在盆栽水稻活体生物测定中,B-332的芽孢菌体悬浮液及发酵上清液对稻瘟病均表现出较好的防治效果(50%以上),且当菌液与上清液混合后其防治效果有加和作用。该菌株对稻瘟病的防治作用主要体现在预防,其预防叶瘟的效果与接种稻瘟病菌时叶面已定殖的B-332菌株的数量有关,接种时水稻叶面上定殖的菌量为1.25×104cfu/mm2时,其防治效果可以达到45%。在人工大量引入的情况下,该菌能够在水稻叶面上有效定殖达21天以上,并且在叶面有10%病斑的情况下,检测到的标记菌株数量会更多。田间试验结果表明,芽孢浓度在1×108cfu/mL时,该菌株对水稻穗颈瘟的防治效果达57.2%,增产率达9.6%,且浓度在5×108cfu/mL时对螃蟹无毒性。     

小麦穗组织中脱氧镰刀菌烯醇毒素的免疫细胞化学定位

 采用免疫细胞化学技术对禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)在侵染小麦穗部过程中产生的脱氧镰刀菌烯醇毒素(deoxynivalenol,DON)进行了定位分析。在接种后24h,当菌丝在外稃、内稃的内侧表面扩展而尚未侵入寄主细胞前,病菌已分泌DON,并且DON已扩散到寄主组织内。在菌丝细胞内,DON主要被定位于细胞质、线粒体及细胞壁上;在寄主细胞中DON主要分布于细胞壁、叶绿体、细胞质和内质网上。在侵染初期(接种后2 d),菌丝仅能在寄主细胞间隙扩展,随寄主组织中DON浓度的升高,寄主细胞相应发生了一系列病理变化。随寄主细胞坏死(接种后3~4d),病菌进入坏死的寄主细胞。上述结果表明,DON在禾谷镰刀菌的侵染、致病和定殖过程中起着重要的作用。毒素标记结果表明病菌产生的毒素可通过穗轴微管束组织从侵染部位向上、向下转输,毒素向上的转输量明显高于向下转输     

稻瘟病菌一假定几丁质酶多克隆抗体的制备及其检测

 为检测几丁质酶的表达,制备稻瘟病菌的一假定几丁质酶多克隆抗体,探索其可能运用。将稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae) 几丁质酶基因克隆入融合表达载体pET\|32a,并在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行诱导表达。表达菌株经0.5 mmol/L IPTG诱导4～6 h后,用Ni²⁺\|NTA亲和柱纯化蛋白,得到可溶的几丁质酶\|His融合蛋白。以该融合蛋白免疫新西兰雄兔,制备多克隆抗体。ELISA分析表明该抗体效价达1∶204 800,特异性良好。用该抗体ELISA检测了稻瘟病菌4个不同田间菌株中,不同的菌株表达量不同。对稻瘟病菌侵染水稻3、5和7d后的病叶进行抗原Western验证,结果表明,稻瘟病菌不同的侵染时间其几丁质酶表达量有明显差异。 几丁质酶表达的差异是否与菌株间致病型等生物学和生理学差异有关,目前正在进一步研究。     

来源于中药的稻瘟病菌拮抗解淀粉芽胞杆菌鉴定及其活性成分特性

为寻找新的水稻稻瘟病拮抗微生物资源,本研究从中药提取液中分离纯化到一株性能优良的拮抗细菌CWJ2。平板对峙试验显示该菌株对水稻稻瘟病菌丝生长抑制率为69.51%。根据菌落、菌株形态、16S rDNA和gyrB基因序列,鉴定该菌株为解淀粉芽胞杆菌Bacillus amyloliquefaciens。该菌株发酵滤液能明显抑制稻瘟病菌菌丝生长和孢子萌发,10%的发酵滤液能100%抑制菌丝生长;2%的发酵滤液能导致菌丝分支明显减少,菌丝变短、膨大或畸变。菌株CWJ2的发酵液在高温、蛋白酶K、紫外和酸碱处理下,抑菌活性无显著变化。试验结果表明,菌株CWJ2对稻瘟病菌拮抗效果好,且抗菌活性成分稳定,有望作为生防菌株开发防治稻瘟病制剂。     

水稻防御反应相关基因对稻瘟病菌的响应

水稻与稻瘟病菌的互作已成为研究植物与病原真菌互作的模式系统。利用RT-PCR技术检测了6个水稻品种(分别含有抗病基因Pik-s、Pita、Pit、Pi1、Pi9的近等系及回交亲本丽江新团黑谷LTH)与稻瘟病菌互作过程中多个信号相关及PR基因的表达。结果表明带有稻瘟病抗性基因Pik-s、Pita、Pit的水稻品种和LTH对稻瘟病菌#626侵染表现为亲和互作,带Pi1和Pi9的水稻品种表现为非亲和互作;稻瘟病菌接种后,亲和互作中MAPK6和MAPK12表现为上调表达,带有抗性基因Pi9的水稻品种IRBL22中BIMK2表现为上调表达。总体来看,含有不同抗病基因的水稻近等系中的PR基因对稻瘟病菌的响应较为多样,非亲和互作中在早期或早中期表现为PR基因上调表达,而亲和互作中主要在晚期上调表达,说明这些PR基因表达的时间在植物与病原互作的不同时期发挥着不同的作用。     

Transgenic rice plants that over-express the mannose-binding rice lectin have enhanced resistance to rice blast

Mannose-binding rice lectin (MRL), which is almost identical to the salt-induced protein SalT, binds to mannose and glucose residues. Expression of the MRL gene in response to infection with Magnaporthe oryzae, the rice blast fungus, was stronger in the incompatible interaction than in the compatible. Transgenic rice plants that constitutively over-expressed MRL strongly suppressed the growth of invasive hyphae of the fungus on leaf sheaths and the development of typical susceptible-type lesions on leaf blades, but did not affect penetration by the fungus in comparison with the wild-type. On a polycarbonate plate, purified recombinant MRL inhibited conidial attachment and appressorium formation but not conidial germination. These results suggest that MRL may play an essential role in disease resistance by suppressing development of M. oryzae in situ.     

Assessment of blast disease resistance in transgenic PRms rice using a gfp-expressing Magnaporthe oryzae strain

Rice blast caused by the fungus Magnaporthe oryzae (anamorph Pyricularia grisea ) is one of the most devastating diseases of cultivated rice worldwide. In this study, a green fluorescent protein ( gfp )-expressing M. oryzae strain was generated and used to investigate the infection process in a commercial rice cultivar. Expression of the gfp gene did not affect the pathogenicity of the M. oryzae transformants. Confocal microscopy allowed in vivo imaging of this pathogen during infection of rice tissues. Magnaporthe oryzae pathogenicity was examined on both leaf and root tissues. In roots of wild-type plants, the fungus penetrated into epidermal and cortical cells, and colonized the central cylinder and xylem vessels. However, the dimorphic growth pattern typically observed during the biotrophic and necrotrophic stages of leaf colonization was not observed during colonization of root tissues. Furthermore, events occurring during infection of rice plants constitutively expressing the maize pathogenesis-related PRms gene were characterized and compared with those occurring during the interaction of this pathogen with untransformed rice plants. Fungal penetration was drastically reduced and delayed in tissues of PRms plants compared to untransformed plants. These results indicated that the gfp -expressing M. oryzae represents a strategic tool for the assessment of blast disease resistance in transgenic rice which can be also applied to the analysis of the M. oryzae interaction with other cultivars or mutants of important crop species.     

离体水稻叶片划伤接种鉴定稻瘟菌的致病型

抗瘟品种的培育和抗瘟基因布局需要快速、准确、大规模地定性水稻抗源及其后代的抗瘟基因型和稻瘟菌致病型。为此, 本研究建立了水稻离体叶片划伤接种方法。该方法依据主效抗瘟基因抵抗稻瘟菌在寄主体内扩展的特点, 通过针刺在水稻叶片上造成伤口, 避免了寄主侵入抗性的干扰, 从而有利于抗扩展性的定性鉴定。作者利用活体喷雾接种、叶片无划伤接种和本研究建立的离体叶片划伤接种等3种接种方法, 在秧苗4~6叶龄期, 对菌株12-DG-68在24个水稻抗瘟单基因系上的致病反应进行了测定, 结果显示：叶片划伤接种的检测结果稳定、一致; 而叶片无划伤接种和活体喷雾接种的检测结果假抗性比例分别为12.5%和4.2%, 不同叶龄期的叶片间反应型不一致率达7%。此外, 离体叶片划伤接种还可利用菌丝块接种, 以鉴定分生孢子产量低的菌株的致病型。因此, 水稻叶片划伤接种是一种准确、稳定和方便的稻瘟菌接种方法, 可用于大规模定性测定水稻抗源及其后代的抗瘟基因型和稻瘟菌的致病型。     

乙烯信号传导途径因子OsEIL 6调控水稻抗稻瘟病反应

稻瘟病(rice blast)是水稻生产上最严重的病害之一。抗病相关基因的挖掘对稻瘟病的防治具有重要意义。研究表明植物EIN3/EIL家族基因在抗病过程中发挥着重要作用。本研究采用RNAi技术探究OsEIL6参与的水稻抗稻瘟病反应。稻瘟菌侵染时基因表达谱检测结果表明,OsEIL6在水稻和稻瘟菌非亲和组合中受到诱导表达。稻瘟菌接种结果显示,水稻OsEIL6沉默株系和野生型植株‘TG394’相比抗性下降;实时荧光定量RT-PCR结果分析表明,OsEIL6的表达量下降导致乙烯合成途径中OsACO1和乙烯信号传导途径的OsERF063和OsERF073的转录水平下降。亚细胞定位研究发现该基因定位于水稻细胞质。OsEIL6沉默株系中ROS合成途径标记基因OsrbohA和OsrbohB的表达量均明显下调,表明该基因可能通过影响ROS的合成调控水稻抗稻瘟病反应。本研究结果将有助于进一步揭示OsEIL6参与的乙烯信号传导途径介导的水稻抗稻瘟病反应机制。     

The dynamics of homologous and heterologous interactions between rice and strains of Xanthomonas campestris

Lesion development, bacterial multiplication and spread were measured in leaves of cultivars of rice containing different Xa (resistance) genes, following inoculation with different races of the bacterial leaf blight pathogen. Xanthomonas campestris pv. oryzae. Both compatible and incompatible races possessed the ability to colonize rice plants. The difference between compatible and incompatible host pathogen combinations appeared to be mainly in symptom production since multiplication rates and spread were very similar until after the onset of symptoms. No form of HR (hypersensitive response) was observed. The ability of incompatible races to modify host reaction in dual-inoculation was dependent on the genotype of the host plant. The heterologous non-pathogen of rice X. campestris pv. campestris produced few symptoms, failed either to multiply or spread within rice leaves and was unable to induce any marked cross-protection against homologous pv. oryzae strains in dual-inoculation experiments.     

Infection by Magnaporthe oryzae chrysovirus 1 strain A triggers reduced virulence and pathogenic race conversion of its host fungus, <Emphasis Type="Italic">Magnaporthe oryzae</Emphasis>

Magnaporthe oryzae chrysovirus 1 strain A (MoCV1-A) is associated with an impaired growth phenotype of its host fungus, Magnaporthe oryzae. In this report, we assayed the virulence and pathogenicity of MoCV1-A-infected and MoCV1-A-free M. oryzae on rice plants. MoCV1-A infection did not affect virulence-associated fungal traits, such as conidial germination and appressorium formation. However, after punch inoculation of leaves on rice plants, MoCV1-A-infected strain formed smaller lesions than the MoCV1-A-free strain did on all rice varieties tested, showing that MoCV1-A infection resulted in reduced virulence of host fungi in rice plants. In contrast, after spray inoculation of rice seedlings, in some cases, MoCV1-A-infected and MoCV1-A-free strains caused different lesion types (resistance to susceptible, or vice versa) on individual international differential rice varieties. However, we did not find any gain/loss of the fungal avirulence genes by PCR, suggesting that MoCV1-A infection can convert the pathogenicity of the host M. oryzae from avirulence to virulence, or from virulence to avirulence, depending on the rice variety. We also confirmed the correlation of these race conversion events and invasive hyphae growth of the fungi in a leaf sheath inoculation assay. These data suggested that MoCV1-A infection generally confers hypovirulence to the fungal host and could be a driving force to generate physiological diversity, including pathogenic races.     

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。