葡萄 VvSUC 27基因的克隆及病原响应表达分析

由葡萄座腔菌科Botryosphaeriaceae真菌引起的葡萄溃疡病(Botryosphaeria dieback)是葡萄上的主要枝干病害之一, 严重影响葡萄产业的健康发展?其中, 致病力最强的为可可毛色二孢 Lasiodiplodia theobromae ?糖转运蛋白在调节植物对病原菌的免疫过程中起着至关重要的作用, 关于葡萄中糖转运蛋白参与植物免疫机制的研究尚未见报道?本试验从‘无核白’葡萄叶片中克隆得到蔗糖转运蛋白 VvSUC 27基因, 其开放阅读框全长1 515 bp, 预测蛋白质分子量为54 kD, 理论等电点(pI)为9.58?生物信息学预测该蛋白含有12个跨膜结构?实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析表明:氨基环丙烷羧酸和脱落酸处理后 VvSUC 27的表达水平持续上调; 水杨酸和茉莉酸甲酯处理后, VvSUC 27的表达呈现上调表现但无规律的变化特征; 激发子chitin和flg22处理后, VvSUC 27基因信号响应快速且明显; 感病品种‘夏黑’接种可可毛色二孢后, VvSUC 27被迅速诱导, 3 h时表达量达到最高, 而后逐渐减弱?本研究将为今后阐明可可毛色二孢与葡萄互作的分子机制提供参考依据?     

葡萄乙醛脱氢酶VvALDH10A9基因的克隆、表达及酶活性分析

由葡萄座腔菌科Botryosphaeriaceae真菌引起的葡萄溃疡病Botryosphaeria dieback是葡萄上的主要枝干病害,严重影响葡萄产量和品质。鉴定和分析参与葡萄与葡萄溃疡病菌互作的基因,有助于揭示和阐明葡萄抗溃疡病的信号通路。本研究根据葡萄溃疡病菌侵染后的葡萄转录组数据信息,利用逆转录聚合酶链式反应技术(RTPCR)克隆了一个受葡萄溃疡病菌诱导上调表达的乙醛脱氢酶基因VvALDH10A9(Vitis vinifera aldehyde dehydrogenase 10A9)。系统进化树分析表明,该基因编码的蛋白与拟南芥AtALDH10A8亲缘关系最近。利用实时荧光定量PCR分析VvALDH10A9的表达结果表明:VvALDH10A9的表达具有组织特异性,在茎、叶和花中表达量最高,在根中表达量相对较低;葡萄溃疡病菌侵染后,VvALDH10A9在葡萄抗病品种中表达变化不明显,而在葡萄感病品种中该基因显著上调表达。利用原核蛋白表达系统诱导合成的VvALDH10A9蛋白,经纯化后可降解乙醛,表明VvALDH10A9蛋白具有乙醛脱氢酶活性。     

玉米MYB转录因子靶基因的全基因组预测及验证

MYB转录因子参与调控植物的生长发育及逆境应答过程。为预测MYB靶基因,本研究将Hex DIFF算法与支持向量机结合,根据已验证的MYB识别位点的核心序列及其侧翼序列构建分类模型,在玉米全基因组范围内预测MYB靶基因及其启动子。结果表明,共预测到435个MYB结合位点,其下游的424个基因判定为MYB靶基因,涉及众多生长发育过程。为验证预测结果,经凝胶迁移实验检测玉米MYB-IF25蛋白与30个预测位点的体外结合,结果有27个预测位点可以与MYB-IF25蛋白互作。GUS瞬时表达实验表明,渗透胁迫下,预测的MYB逆境相关靶基因启动子能够启动GUS基因表达,说明其具有启动活性。以上结果证明,此预测方法可靠性高,可为预测转录因子靶基因提供借鉴。     

苏云金芽胞杆菌cry8Ea启动子区orf1片段缺失增强启动子活性

本文分别构建了cry8E基因上游的启动子(Porf18E)和其上游缺失orf1基因的启动子(PΔorf18E)融合lacZ基因的表达载体,通过β-半乳糖苷酶活性的分析,发现PΔorf18E的转录活性高于Porf18E。分别用PΔorf18E和Porf18E指导cry1Ac基因的表达,通过光学显微镜观察,发现两个启动子指导表达的Cry1Ac蛋白均可形成双锥形晶体;通过总蛋白定量分析发现,缺失orf1基因的启动子(PΔorf18E)指导的Cry1Ac蛋白表达量高于Porf18E启动子指导的Cry1Ac蛋白表达量;生物活性测定表明:PΔorf18E指导的Cry1Ac晶体蛋白对小菜蛾Plutella xylostella具有杀虫活性,高于Porf18E指导的Cry1Ac晶体蛋白对小菜蛾的杀虫活性。本文获得的强活性的启动子PΔorf18E是目前已报道的转录活性最高的cry基因启动子,该启动子为Cry蛋白的表达和遗传工程菌株构建提供了重要元件。     

一个水稻新的NAC转录因子OsNAC3功能的初步研究

OsNAC3是水稻NAC转录因子家族的一个成员,受MeJA、干旱、盐及冷胁迫诱导表达。OsNAC3与绿色荧光蛋白GFP的融合蛋白定位在烟草细胞核中。OsNAC3在酵母中具有转录激活活性,且转录激活域位于其C端;酵母双杂交和pull down证实OsNAC3可以形成同源二聚体。采用凝胶阻滞的分析方法,明确OsNAC3在体外能与NAC识别序列NACRS特异结合。研究结果为进一步揭示OsNAC3的生物学功能打下了基础。     

酵母双杂交BBTV DNA2 ORF诱饵质粒构建及其互作蛋白筛选

 香蕉束顶病毒DNA2组分编码蛋白的功能尚不清楚,为了揭示其编码蛋白的功能,以本实验室保存的BBTV Haikou4分离物总DNA为模板进行PCR扩增,利用Gateway重组技术将BBTV DNA2 ORF构建到酵母双杂交系统(ProQuest^TM Two-Hybrid System, Invitrogen)的诱饵载体pDEST-32中,并通过酵母表型验证、诱饵质粒毒性验证以及自激活验证。结果显示,转有pDEST32-DNA2 ORF质粒的MaV203酵母菌具有弱的自激活背景,在3-AT 浓度为25 mmol/L的SeC-Leu-Trp-His平板上生长较弱,但在3-AT 浓度为50 mmol/L SeC-Leu-Trp-His 平板上不生长,表明诱饵质粒背景自激活可被浓度为50 mmol/L的3-AT 所抑制。在该条件下共转pDEST32-DNA2 ORF和文库质粒到MaV203感受态细胞进行互作蛋白筛选,通过PCR和测序等手段最终鉴定35个候选蛋白基因,分别编码转录调控因子、生长发育相关蛋白、代谢相关蛋白、抗逆相关蛋白和未知蛋白等。酵母双杂交BBTV DNA2 ORF诱饵质粒的构建及其与寄主互作蛋白的筛选,为揭示DNA2组分的蛋白功能提供了科学线索。     

葡萄浆果内坏死病毒侵染的‘贝达'葡萄cDNA文库构建及其利用

 葡萄浆果内坏死病毒(grapevine berry inner necrosis virus, GINV)侵染葡萄可引起葡萄叶片表现明显的褪绿斑驳症状,其致病的分子机制,特别是病毒与寄主互作蛋白的研究尚未见报道。本研究构建了GINV侵染的‘贝达'葡萄叶片的cDNA文库,并以GINV 外壳蛋白(coat protein,CP)为诱饵筛选文库中与其互作的寄主因子。本研究构建的cDNA文库库容量达1.6×10⁷,插入片段平均大小在1.0 kb以上,质量符合cDNA文库筛库要求。筛选到了55个候选寄主蛋白与GINV CP在酵母中互作。经测序分析及回转验证,结果确定了17个寄主互作蛋白,其涉及叶绿体相关类蛋白、泛素化相关蛋白、防御相关蛋白等。本研究可为深入研究GINV致病性及其与寄主互作机制提供依据。     

杨扇舟蛾颗粒体病毒经口侵染因子PIF0～PIF6间分子互作的酵母双杂交验证

为阐明杨扇舟蛾颗粒体病毒(Clostera anachoreta granulovirus,ClanGV)的口服侵染机制,利用酵母双杂交技术,通过双向互作方法研究了ClanGV的经口侵染因子PIF0、PIF1、PIF2、PIF3、PIF4、PIF5和PIF6之间的分子互作情况。自激活试验证明,PIF5的重组诱饵载体(B5)有自激活现象,其它重组诱饵载体均无自激活现象。酵母双杂交试验结果表明,ClanGV的4个经口侵染因子PIF1～PIF4之间存在双向互作现象,而且这4个蛋白均能同时与自身发生互作,暗示这4个经口侵染因子有可能是以二聚体或多聚体的形式存在并发挥功能。在ClanGV经口侵染因子间的6组单向互作中,PIF5作为捕获载体时分别能与PIF1、PIF3和PIF4发生互作,PIF6作为诱饵载体时分别能与PIF3和PIF4发生互作,PIF0作为捕获载体时能与PIF4发生互作。表明ClanGV的经口侵染因子像核型多角体病毒(nucleopolyhedrovirus,NPV)一样,在病毒粒子表面通过分子互作形成复合体并在病毒的经口侵染过程中发挥功能。     

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。     

西瓜噬酸菌不同菌株与甜瓜幼苗早期互作的转录组学分析

西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli)引起的瓜类细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)是西瓜、甜瓜等葫芦科作物上毁灭性种传病害。本文利用RNA-seq技术,分析了2个西瓜噬酸菌菌株(pslb65和AAC00-1)分别诱导甜瓜感病品种IVF667幼苗6 h和12 h后的基因表达谱。结果表明,这2个菌株侵染寄主6 h后,分别检测到1 029和3 561个差异表达基因,其中上调基因分别为355和1 621个,下调基因分别为674和1 940个;与寄主互作12 h后,差异基因分别有2 397和1 875个,上调基因分别为903和898个,下调基因分别为1 494和977个。GO功能注释发现,pslb65与甜瓜幼苗互作的差异基因显著富集在生物学过程中的发育和代谢2个亚类,所占比例分别为32.92%和35.36%。在分子功能中转录因子所占比例较大,达到67.65%;AAC00-1与甜瓜幼苗互作后,差异基因显著富集在生物学过程中的转运和定位中,比例分别为23.84%和24.18%。在分子功能中氧化还原酶活性亚类所占比例高达17.59%。西瓜噬酸菌pslb65和AAC00-1侵染寄主6 h,Rboh、CaMCML、CDPK和FLS2等编码基因在植物-病原互作途径(csv04626)多为下调表达,植物-病原互作途径被抑制;12 h,pslb65-甜瓜互作途径相关基因多下调,AAC00-1-甜瓜互作途径相关基因多上调,推测此时植物-病原互作途径被AAC00-1激活,引起寄主的防御反应。西瓜噬酸菌pslb65和AAC00-1均可诱导植物发病,但在引起植物感病途径上略有不同,这可能与它们来自西瓜噬酸菌的不同亚群有关。最后,选取pslb65与寄主互作途径的6个基因进行qRT-PCR验证,结果与转录组测序结果基本一致。本研究初步揭示了西瓜噬酸菌2个不同菌株与寄主互作在转录水平上的表达差异,为研究甜瓜与不同菌株的互作机制差异奠定了基础。     

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。     

稻曲病菌bZIP转录因子UvbZIP12的功能研究

 稻曲病是由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)侵染水稻穗部引起的真菌病害,严重影响稻米的产量和品质。bZIP转录因子参与多种植物病原菌的生长发育和致病过程。稻曲病菌中有28个bZIP转录因子,但其具体功能尚未被研究。本研究对bZIP转录因子UvbZIP12在稻曲病菌生长发育和致病过程中的功能进行分析。稻曲病菌接种水稻后,UvbZIP12基因表达量逐渐升高,在接种后3 d和5 d时具有最高表达量。对UvbZIP12基因的敲除转化子分析发现,敲除转化子ΔUvbZIP12在PSA、PDA、YTD培养基上生长速率显著加快,菌丝干重显著增加;产孢量减少;对NaCl和sorbitol的耐受性增强,对SDS、CR、CFW和H₂O₂的耐受性减弱;对水稻的致病力无明显变化。结果表明,稻曲病菌UvbZIP12参与调控生长发育和对非生物胁迫的耐受性,但不参与致病。     

菰黑粉菌MAPK同源基因UeKss1的克隆及表达

菰黑粉菌作为茭白植株体内的内生真菌,其二型态转换与茭白孕茭密切相关,而MAPK途径在真菌二型态转换中具有重要调控作用。本研究在菰黑粉菌中克隆得到了一个MAPK基因UeKss1,通过与酵母菌中的MAPK途径蛋白进行聚类分析表明其属于Kss1的同源蛋白。进一步的系统进化分析表明,UeKss1与黑粉菌属真菌的Kss1同源性最高,达80%以上,且它的丝/苏氨酸双特异性蛋白激酶催化结构域高度保守。不同碳源诱导下菰黑粉菌的生长特征及UeKss1表达分析发现,只有蔗糖培养基能诱导菰黑粉菌菌丝形成,而在PDA、葡萄糖和麦芽糖培养基中,该菌都保持酵母型生长;UeKss1基因的表达量在PDA和葡萄糖培养基中变化不显著,但在麦芽糖培养基中,该基因的表达随着培养时间的延长持续上调表达,而在蔗糖培养基中,UeKss1的表达量虽然也呈现上升趋势,但是远小于麦芽糖的诱导表达量。对UeKss1进行的原核表达纯化,经Western blot验证得到纯度较高的UeKss1蛋白。研究结果可为UeKss1基因的功能研究,阐明其在菰黑粉菌二型态转换中的作用机制提供帮助。     

大豆斑疹病菌胞外纤维素酶编码基因的鉴定及其调控分析

 植物病原黄单胞菌的胞外纤维素酶基因具有差异性和多样性。大豆斑疹病菌(Xanthomonas axonopodis pv. glycines,Xag)具有胞外纤维素酶活性,但其编码基因和调控特性尚不明确。为了鉴定Xag的胞外纤维素酶编码基因,本研究从NEAU001菌株基因组内筛选出6个候选的纤维素酶编码基因。通过异源表达实验发现,engXCA和egl2基因分别编码的蛋白EngXCA和Egl2具有水解羧甲基纤维素的能力。酶活性测定实验表明,engXCA和egl2基因决定Xag的胞外纤维素酶活性。另外,对已知的10个毒性调控基因突变株进行胞外纤维素酶活性测定,揭示Xag胞外纤维素酶活性受DSF(diffusible signal factor)信号通路和全局性调控子Clp(Crp-like protein)正调控。荧光定量PCR结果进一步证实,RpfF和Clp参与正调控engXCA和egl2基因的mRNA水平。这些结果暗示,DSF信号通路可能通过Clp调控engXCA和egl2基因的表达,实现对Xag胞外纤维素酶活性的调控。     

苹果树腐烂病菌转录因子VmSte12的鉴定及功能分析

 Ste12是最早在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中发现的一类转录因子。之后在部分丝状真菌中也发现了该类转录因子的存在,并证明其能够参与调控生殖生长以及病原真菌的致病力。然而,苹果树腐烂病菌(Valsa mali)中是否存在该类转录因子以及其功能尚不明确。本研究基于生物信息学鉴定苹果树腐烂病菌中Ste12的同源基因,采用烟草瞬时表达系统进行蛋白亚细胞定位分析,利用酵母单杂技术进行转录激活功能分析,进而利用PEG介导的原生质体转化技术构建基因缺失突变体,并对其进行表型观察与分析。结果表明,苹果树腐烂病菌存在Ste12的同源基因,我们将其命名为VmSte12。该基因编码701个氨基酸,包含Ste同源结构域和C₂H₂锌指结构域。VmSte12定位于细胞核,并具有体外转录激活功能。与野生型相比,VmSte12敲除突变体生长速率平均下降10.1%,分生孢子器数量平均下降94.6%,致病力平均下降27.4%。可见,VmSte12具有Ste12类转录因子特征,并且极有可能在腐烂病菌的生长、繁殖、致病等方面发挥重要作用。     

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。     

西瓜噬酸菌ftsH基因功能分析

 AAA ATPase (ATPase associated with diverse cellular activities) 在西瓜噬酸菌的多种生命过程中发挥重要作用。AAA家族中的FtsH蛋白(filamentation temperature-sensitive H)是由ftsH基因编码的,参与生长、致病、环境应激反应、膜内在蛋白质量控制等过程的蛋白,但其在西瓜噬酸菌中的作用尚未明确。本实验以西瓜噬酸菌Aac5菌株为研究对象,通过构建基因缺失突变体,测定致病力等各项表型以及突变株中致病相关基因和其他AAA ATPase基因的表达量,初步探索西瓜噬酸菌中ftsH的功能,为FtsH蛋白的功能研究奠定基础。结果表明,ftsH缺失显著降低菌株致病力、运动能力、生物膜形成能力、生长能力和环境胁迫耐受能力,不影响烟草过敏性反应,显著影响西瓜噬酸菌致病相关基因、AAA ATPase基因以及热激转录因子σ³²的表达量。这表明ftsH基因的功能与西瓜噬酸菌的致病性和环境耐受性密切相关。     

香蕉MaWRKY18的克隆及表达特征分析

为了研究WRKY基因在香蕉与Foc TR4(Fusarium oxysporum f.sp.cubense race 4)互作中作用,利用RACE技术从香蕉中克隆获得了一个WRKY基因全长。序列分析表明,该基因包含完整的开放阅读框,编码275个氨基酸,与香蕉A基因组预测出的(XP_009392153)成员的同源性为100%,因此将其命名为MaWRKY18。MaWRKY18与MaWRKY71(ADR71866)亲缘关系近,聚类在一个分支上。RT-PCR分析表明该基因在香蕉各器官(根、球茎、假茎、叶、花和果实)中均有表达。MaWRKY18受水杨酸和乙烯诱导上调表达,受茉莉酸诱导下调表达。亚细胞定位表明该基因编码的蛋白定位在细胞核中,且C端具有转录激活活性。在Foc TR4接种后,MaWRKY18在感病品种中下调表达,在抗病品种中上调表达。结果表明克隆到的MaWRKY18可能在香蕉与Foc TR4互作过程中介导抗病性。     

内质网应激因子NAC089突变体的创建及其对病毒侵染胁迫的响应

 有研究表明烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus, TMV)或黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus, CMV)侵染烟草能够激活转录因子NbNAC089,从ER膜移至细胞核。为进一步阐释内质网应激因子NbNAC089对病毒侵染胁迫的响应机制,利用CRISPR/Cas9技术构建敲除载体,经烟草遗传转染获得NbNAC089基因突变植株。植株接种病毒后采用qRT-PCR检测病毒CP基因和寄主UPR基因的表达。结果表明:CRISPR/Cas9系统定点敲除NbNAC089基因后,目的基因靶位点序列有碱基的置换与缺失。正常生长条件下,转基因植株与野生型无差异。植株接种TMV-GFP后24~96 h,突变体中UPR基因(BiP、bZIP28、bZIP60)的表达量显著高于野生型;接种TMV-GFP后2~6 d突变体中病毒的积累量和扩展速度显著高于野生型。表明NbNAC089为UPR的抑制因子,对病毒增殖具有负调控作用。