小麦条锈菌细胞质效应子Hasp8抑制植物基础免疫

为明确小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici效应子Hasp8的功能,以小麦条锈菌CYR31侵染水源11小麦叶片的cDNA为模板,通过PCR技术扩增获得Hasp8基因的完整编码区序列,采用qRTPCR技术测定Hasp8基因的表达情况,利用农杆菌介导马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)瞬时表达体系在烟草上验证Hasp8基因是否能够抑制由Bax蛋白诱导的细胞坏死,将Hasp8基因构建到pCAMBIA1302载体用于在烟草上瞬时表达Hasp8进行亚细胞定位以明确该效应蛋白的作用空间;并将Hasp8基因构建到p EDV6载体上用于荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens介导的瞬时表达系统以明确该效应蛋白是否能够抑制病原相关分子模式引发的免疫反应和效应蛋白诱导的免疫反应。结果表明,Hasp8基因编码117个氨基酸,N端含22 aa的信号肽;qRT-PCR结果显示,Hasp8基因在小麦条锈菌CYR31侵染小麦水源11的早期上调表达。烟草瞬时表达Hasp8基因能够抑制由Bax诱导的细胞坏死;烟草上亚细胞定位发现效应子Hasp8定位于细胞质和细胞核;荧光假单胞菌介导的抑制植物免疫试验结果显示效应子Hasp8能够抑制由荧光假单胞菌诱导的胼胝质积累,并且抑制由小麦条锈菌无毒性生理小种CYR23引起的过敏性坏死和活性氧积累,促进病菌的侵染,菌丝面积和菌丝长度增加。     

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。     

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。     

苹果树腐烂病菌含cupin结构域蛋白Vmcupin1的鉴定及功能分析

由苹果黑腐皮壳(Valsa mali)侵染引起的苹果树腐烂病是严重威胁我国苹果产业健康发展的重大枝干病害。揭示病菌致病机理有助于制定病害防控新策略。含cupin结构域蛋白是一个大的蛋白家族，广泛参与植物发育和逆境胁迫响应等多种生命活动。有关植物病原真菌中该类蛋白的研究报道很少，其参与菌丝生长和侵染致病的生物学功能尚不明确。基于V.mali与苹果树皮互作的转录组分析，发现一个在病菌侵染过程中显著上调表达的基因。蛋白序列特征分析发现，该蛋白含有1个典型的cupin结构域，且与其他物种含cupin结构域蛋白高度同源，将之命名为Vmcupin1。实时荧光定量分析发现Vmcupin1在病菌侵染过程中显著上调表达。创制了Vmcupin1缺失突变体和回补菌株，发现该基因缺失后，病菌生长速率在一定程度上降低，其致病力和适应H₂O₂和NaCl胁迫的能力显著降低，表明Vmcupin1在病菌营养生长、侵染致病，以及逆境胁迫中发挥重要功能。研究结果丰富了真菌含cupin结构域蛋白功能的认知，有助于全面解析腐烂病菌致病机理。     

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。     

植物防卫基因研究进展

植物在与病原微生物共同进化的过程中，发展了一系列拮抗病原物侵染的复杂的防御反应体系。在植物与病原互作中，有大量的基因诱导表达，它们编码的蛋白质参与植物对病原物的防卫生反应，这类基因称之为防卫相关基因（defense related genes)，或简称为防卫基因（defense genes)。根据防卫基因表达产物及其功能，可大致分为次生物质合成基因、水解酶和病程相关基因、细胞壁修饰有关基因和清除活性氧的细胞内防卫酶系统基因四大类。从1902年人们发现病原物侵染而引起植物过敏反应起，人们对防卫反应进行了广泛深入的研究，到目前为止，防卫基因仍然是植保和遗传学家们研究的前沿和重点。     

小麦查尔酮合成酶基因及其启动子序列的克隆与分析

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物抗病抗逆过程中的一个关键酶。根据小麦抑制消减杂交中分离得到的小麦查尔酮合成酶基因片段,结合TAIL-PCR技术从小麦(Triticum aestivum L.)叶片中克隆得到查尔酮合成酶基因,命名为Ta CHS,其序列全长为2 543 bp,包含1 264 bp的启动子区、1 185 bp编码区和一个94 bp的内含子。分析显示该基因编码的氨基酸具有CHS家族的所有保守功能位点。同源性分析表明,Ta CHS与已报道的其他禾本科植物CHS基因编码的氨基酸序列同源性高达88%以上。启动子序列分析显示Ta CHS启动子区域具有光反应元件、植物激素响应元件、真菌诱导元件、M YB结合位点、TATA-Box和CAAT-Box等多种顺式作用元件。Ta CHS基因在全蚀菌侵染小麦后的表达开始上调,侵染后4 d达到最大值,之后开始下调。以上结果表明Ta CHS基因可能与小麦防御全蚀菌侵染有关。     

西花蓟马被球孢白僵菌侵染后βGRPs基因的鉴定及表达分析

本文旨在鉴定西花蓟马β-1,3-葡聚糖识别蛋白(FoβGRP)基因,分析其在受到球孢白僵菌侵染后的表达模式,探讨其在西花蓟马先天免疫过程中的作用。根据高通量转录组测序结果,比对非冗余核苷酸数据库,筛选E值小于10~(-5)的基因为目标基因,对筛选出的FoβGRPs基因编码的蛋白序列进行结构分析鉴定,通过构建系统进化树分析其与其他物种同源基因的进化关系,通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q RT-PCR)检测分析不同活性球孢白僵菌孢子侵染西花蓟马成虫后FoβGRPs的表达模式。筛选出3条βGRP基因,分别命名为FoβGRP1、FoβGRP2和FoβGRP3,其编码的蛋白序列均含有βGRP蛋白家族特有的保守性结构域,即糖苷水解酶活性结构域;FoβGRP1与FoβGRP2和FoβGRP3分属两类不同的FoβGRP;在检测的60 h内,与对照相比,西花蓟马被高致病性和低致病性真菌菌株侵染后,3条FoβGRP基因的诱导表达量均在12 h时最高,而且对于同一基因来说,高活性真菌菌株对其的诱导水平均高于低活性的真菌菌株;经灭活真菌处理的西花蓟马体内3条FoβGRP基因表达量均呈不同程度的下降。3条FoβGRP基因可能参与到西花蓟马先天免疫反应中。本文为后续深入研究其在西花蓟马先天免疫反应中的作用奠定了基础。     

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。     

辣椒疫霉CRN编码基因的克隆、转录特征及在与寄主互作中的作用

 CRN (crinkling and necrosis-inducing protein)蛋白是一类卵菌特有的效应分子,然而目前对其功能和分子机制知之甚少。为分析CRN效应分子在辣椒疫霉(Phytophthora capsici)与植物互作中的作用,本研究利用前期转录组测序结果,对辣椒疫霉基因组数据库进行序列比对分析,获得了7个CRN编码基因的全长序列;采用RT-PCR方法分析其在辣椒疫霉生长发育阶段(菌丝、游动孢子囊、游动孢子、萌发的休止孢)和侵染寄主阶段(本氏烟(Nicotiana benthamiana)灌根1.5、3、6、12、24、36和72 h后)的转录水平,发现3个基因在辣椒疫霉生长发育阶段和侵染阶段上调表达;将这3个基因克隆测序,发现其编码蛋白均含有保守的LFLAK和HVLVVVP基序;在本氏烟上的基因瞬时表达结果表明,Pc559084和Pc570403能够抑制由致病疫霉elicitin蛋白INF1或老鼠促凋亡蛋白BAX诱发的植物程序性细胞死亡,并且Pc559084能够促进辣椒疫霉侵染植物。这些研究结果为理解CRN效应分子在辣椒疫霉致病过程中的作用提供了重要的实验数据。     

番茄抗病毒基因Tm-2~2及其等位基因tm-2氨基酸差异分析

番茄抗病蛋白Tm-2~2与其等位感病蛋白tm-2在序列上相对保守但也有一定的差异性,研究这些差异对于了解Tm-2~2抗病蛋白的结构和功能起着重要作用。本研究构建了不同的Tm-2~2/tm-2置换突变体,在本生烟草上利用农杆菌注射法共表达突变体及其效应因子MP或TMV-GFP载体。通过对植物坏死表型以及病毒量变化的观察,发现当Tm-2~2ARC结构域中RNBS-D保守基序中的第413位甘氨酸突变成tm-2中的丝氨酸后,Tm-2~2介导的对烟草花叶病毒属病毒的抗性减弱。这说明RNBS-D保守基序对于Tm-2~2行使其抗病功能是至关重要的。     

苹果炭疽叶枯病菌致病相关基因CgNVF1的功能初步分析

苹果炭疽叶枯病是主要由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的一种苹果重要叶部病害,严重威胁着苹果树的生长。本研究从构建的苹果炭疽叶枯病菌T-DNA突变体库中筛选获得一株致病力缺失的突变菌株A3083,采用hiTAIL-PCR方法克隆了该突变体T-DNA插入位点的右翼序列;通过与胶孢炭疽菌基因组序列比对分析,发现T-DNA插入位点位于1个预测的CGGC5_9603基因内,并将该基因命名为CgNVF1。CgNVF1基因全长2252 bp,含有2个内含子,编码709个氨基酸。CgNVF1定位于细胞质,在苹果炭疽叶枯病菌菌丝、分生孢子和附着胞中均有表达。通过构建CgNVF1敲除菌株和CgNVF1互补菌株,并结合表型分析,证实CgNVF1基因在苹果炭疽叶枯病菌附着胞形成及致病中具有重要的作用。     

本氏烟NbWRKY40亚家族转录因子抗病相关功能研究

 植物WRKY类转录因子的IIa亚类广泛参与调控植物的生物胁迫和非生物胁迫过程。本研究根据拟南芥和普通烟中具有抗病和抗胁迫功能的IIa亚类WRKY40转录因子的序列,利用基因同源克隆法,获得本氏烟中NbWRKY40基因。序列分析表明在本氏烟中有5个属于IIa亚类的基因,其序列之间具有高度相似性。qRT-PCR检测发现NbWRKY40基因是受寄生疫霉侵染诱导上调表达的基因,通过VIGS技术研究该类基因在本氏烟中的抗病相关功能,用半活体营养型寄生疫霉进行抗病性试验,结果表明NbWRKY40基因的沉默降低了本氏烟对寄生疫霉的抗性,且在侵染点的细胞坏死程度增强,过氧化氢积累和胼胝质沉积都明显减少。NbWRKY40基因沉默同样降低了本氏烟对死体营养型灰霉菌的抗性。检测NbWRKY40基因沉默后4个不同抗病信号通路下游基因的表达,发现基因沉默导致参与抗病和SA途径的PR1b、PR2b基因受疫霉侵染诱导表达的水平明显下降。综上,推测NbWRKY40基因可能依靠SA介导的信号通路参与调控本氏烟抗病性。     

象耳豆根结线虫对抗病番茄品种VFNT的致病性研究

 象耳豆根结线虫是近年在我国发现的一种扩散迅速、寄主广泛、致病性强的根结线虫。为探究象耳豆根结线虫的强致病性原因,本研究用象耳豆根结线虫和南方根结线虫分别接种抗线虫番茄品种VFNT和感病番茄品种Rutgers,30 d后象耳豆根结线虫对VFNT和Rutgers的累计侵入率分别为14.1%和19.2%、虫瘿率为62.5%和81.6%,而此时南方根结线虫累计侵入率为0%和18.8%、虫瘿率为0%和68.5%,象耳豆根结线虫的侵染力和致病力显著强于南方根结线虫;通过侵染抗病番茄品种VFNT的病理切片以及根尖侵染早期胼胝质、活性氧染色发现象耳豆根结线虫的侵染不会激活Mi-1基因诱导的特异性抗性,在侵染早期南方根结线虫引起的胼胝质沉积量在72 h最大,是象耳豆根结线虫的2.0倍;体外H₂O₂应激测试发现,H₂O₂浓度为10～80 μmol·L^-1象耳豆根结线虫对H₂O₂的耐受性显著强于南方根结线虫。象耳豆根结线虫具有强致病性的原因可能是:具有更强的侵染力和活性氧耐受力;侵染不会激活Mi-1基因诱导的特异性抗性且侵染引起的胼胝质的积累量较低。     

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。     

苹果轮纹病菌(Botryosphaeria dothidea)果胶裂解酶基因Bdpl1的致病功能分析

 由葡萄座腔菌(Botryosphaeria dothidea)引起的苹果轮纹病是影响我国苹果安全生产的重大病害之一。因此,本研究基于受苹果轮纹菌侵染的苹果组织中果胶裂解酶基因Bdpl1表达上调这一现象,通过Split-marker PCR技术构建Bdpl1基因敲除载体,并通过PEG介导的原生质体转化获得转化子,经常规PCR和qRT-PCR对所获得的转化子进行筛选,成功获得1个Bdpl1基因缺失阳性突变子。该转化子在PDA上的培养基性状与野生型没有明显差异,但在果胶培养基上菌落直径明显小于野生型。其胞外果胶酶活相比野生型明显下降,但在离体“早富”苹果枝条上的致病力并没有明显的下降。通过qRT-PCR技术发现在基因Bdpl1敲除后,其家族内有3个基因在病菌侵染过程中相比野生型明显上调表达(>3倍)。这些现象表明果胶裂解酶基因Bdpl1与病原菌的营养生长过程关系不大,但其参与对寄主果胶类物质的降解。Bdpl1基因对轮纹病菌致病力的影响较小,有可能是Bdpl1基因敲除后,该基因家族内其他基因的上调表达补偿了Bdpl1基因的功能。     

FpStuA参与假禾谷镰孢的产孢和致病性

 假禾谷镰孢是一种土传真菌,其引起的小麦茎基腐病已成为威胁我国小麦生产的重要病害。APSES蛋白是真菌中保守存在的一类转录因子,参与多种细胞生理过程。本研究,我们在假禾谷镰孢中鉴定到StuA同源蛋白FpStuA。qRT-PCR分析发现FpStuA在假禾谷镰孢分生孢子和侵染阶段诱导表达。通过PEG介导的原生质体转化方法获得3个FpStuA基因缺失的突变体。与假禾谷镰孢野生型菌株相比,Δfpstua突变体的生长速度明显减慢,气生菌丝减少;分生孢子的产生比野生型减少70%,且Δfpstua突变体分生孢子变短、分隔减少;Δfpstua突变体对大麦叶片、小麦胚芽鞘和小麦根的致病性均显著降低,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)合成明显减少。综上结果,转录因子FpStuA对假禾谷镰孢的生长、产孢和致病性都非常重要。     

胶孢炭疽菌致病相关基因Plv2功能分析

胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的橡胶树炭疽病是橡胶树三大叶部病害之一,严重威胁着橡胶树的生长。本研究从构建的胶孢炭疽菌RC178 T-DNA突变体库中筛选获得一株致病力明显减弱的突变菌株T1103,其T-DNA为单拷贝。采用TAIL-PCR克隆了该突变体T-DNA插入位点的侧翼序列,通过比对胶孢炭疽菌全基因组序列,发现该TDNA插入位点所在的序列包含一个5 400 bp的基因,将其命名为Plv2。Plv2基因包含3个外显子,编码一个假定的甾醇C-24甲基转移酶。敲除野生型菌株RC178中的Plv2,发现敲除突变体与T1103的致病力表现基本一致,由此推测Plv2基因为致病相关基因。