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。     

水稻叶尖枯病病原种类研究

 从江苏13个县市采集病叶标本,经分离、纯化后获280株菌。据鉴定结果和接种试验,稻生叶点霉(Phyllosticta oryzicola Hara)为主要致病菌,占74.6%。此外,还分离到稻盘多毛孢(Pestalotia oryzae Hara)、链格孢(Alternaria alternata(Fr.) Keissl.)、稻喙孢(Rhynchosporium oryzae Hash.et York.)、苍白弯孢(Curvularia pallescens Boed.)、新月弯孢(C.lunata(Walk.) Boed.)、膝曲弯孢(C.geniculata(Tracy et Earle) Boed.)、镰刀菌(Fusarium spp.)、平脐蠕孢(Bipolaris spp.)、稻黑孢(Nigrospora oryzae(Berk.et Br.) Perch)、球黑孢(N.sphaerica(Sacc.) Mason)等真菌。首次以透射电镜观察表明,稻生叶点霉产孢方式为全壁芽生单体式(hb-sol)。     

应用免疫金探针定位和定量测定稻种中的水稻细菌性条斑病菌

本文首次报道用免疫金染色和免疫金银染色对水稻细菌性条斑病病种的带菌部位及带菌量的研究。结果表明:病原细菌分布于谷壳、籽实皮、胚和胚乳,主要集中在谷壳上。谷壳外表带菌量多于内表面。籽实皮外表面由于受谷壳污染较之内表面的带菌量多。籽实皮内表面、胚和胚乳的带菌量均较少,差异不显著。谷壳、谷壳内表面、籽实皮、胚乳(或胚)的带菌量之比为36:13:9:1。     

2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)为稻黄单胞菌种下的致病变种,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS),对水稻安全生产构成严重威胁。为准确在水稻条斑病菌中进行致病相关基因的转录表达和调控分析,本研究构建了包含终止子、gusA报道基因和多克隆位点等启动子探针元件的载体pUTG01和pUTG14。选取Xoc的hrpF启动子,构建在pUTG01载体上,将其导入hrpX突变体RΔhrpX中,GUS活性测定结果显示,hrpF基因的表达显著减低,验证了hrpF受HrpX正调控,证实该载体可有效进行基因的转录表达分析;通过双质粒兼容共存策略,在hrpX突变体中同时实现了hrpX基因的功能互补和通过GUS活性定量测定hrpF基因的转录表达分析。该载体系统的建立,为后续分析稻黄单胞菌致病相关基因的表达调控提供了有效的工作系统。     

水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌的分子标记筛选及检测

 水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）和细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola)是水稻种子产地检疫中最重要的两种检疫对象,且同属于水稻黄单胞杆菌。本研究基于生物信息学技术构建比较基因组学算法对两种病原的全基因组序列比对分析,得到一系列能够区分两种病原的特异性PCR引物。结合简单的PCR技术及全自动DNA分析系统,我们选取了12对引物分别对23株水稻白叶枯病菌和5株水稻细菌性条斑病菌及其它相关菌株进行验证。结果获得了2对显性标记(Xoo-Hpa1和Xoc-ORF2)以及3对共显性分子标记(M568、M897和M1575)可以达到理想的区分检测两种病原的效果。分子标记的检测灵敏度从5×10⁴到5 × 10⁷cfu·mL^-1不等,且从水稻种子浸提液中也能成功地检测水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌。本研究丰富了检测标记的靶位点,并有效的结合了高通量检测的手段对多位点联合分析,增强了检测的可靠性,有望在今后的植物检疫及病原鉴定中发挥着重要的作用。     

利用多重PCR诊断水稻白叶枯病和细菌性条斑病的复合发生

为准确检测水稻白叶枯病菌、细菌性条斑病菌及这两种病菌的复合发生,利用软件DNAStar分析比较这两种菌的部分核酸序列,设计了检测这两种病菌的特异性引物。引物Xoo F-Xoo R能特异性扩增出水稻白叶枯病菌中一条大小162 bp的条带;引物Xooc F1-Xooc R1和Xooc F2-Xooc R2能够分别特异性扩增出水稻细菌性条斑病菌中690 bp和945 bp的条带。通过优化PCR反应条件,成功建立了多重PCR技术,可以对不同国家的水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌进行准确检测,对由这两种病菌引起的复合侵染实现了准确诊断。     

水稻条斑病菌hrpB1基因决定寄主致病性和非寄主过敏反应的功能研究

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola,Xoc)的hrp基因决定了病原菌在非寄主植物上的过敏反应(hypersensitive response,HR)和在寄主植物上的致病性(pathogenicity),基因产物形成Ⅲ型分泌系统(type-Ⅲ secretion system,T3SS)将致病性效应分子注入寄主细胞从而引起水稻产生抗病性或者感病性反应。以位于hrpB操纵单元的首个hr-pB1基因为对象,通过基因敲除方式对其进行了突变,发现hrpB1突变体丧失了在水稻上的致病性和在烟草上激发HR的能力,并且在水稻组织中的生长能力显著降低。RT-PCR测定结果表明,hrpB1的转录表达受HrpG和HrpX的正调控。免疫杂交结果显示,HrpB1蛋白可通过T3SS进行分泌。这些结果不仅明确了hrpB1基因在病原菌致病性中的功能,而且提示了hrp结构基因不仅仅局限于形成Ⅲ型分泌系统,部分hrp基因产物本身也通过Ⅲ型系统分泌到胞外,并且可能起到效应分子的功能。     

模块化质粒系统用于水稻条斑病菌基因表达的分析

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)。近几年,在我国南方水稻产区,条斑病大面积发生,对水稻的安全生产构成严重威胁。为了准确地在Xoc中进行基因功能的分析,本研究设计出模块化的质粒系统,用于基因转录表达和蛋白表达的分析。为了验证该系统的可行性,选取hrpG、hrpX和hrpB1基因构建了相应的启动子载体和蛋白表达载体,将这些载体导入相应的hrp调控子基因trh、hrpG和hrpX的突变体中。GUS活性测定的结果显示,在XOM3培养基、寄主水稻组织和非寄主烟草组织中,启动子模块元件能够准确反映这3个hrp基因的调控表达模式。蛋白免疫杂交结果显示,HrpX蛋白表达水平反映的调控模式与hrpX启动子活性呈现的调控表达模式一致。水稻上致病性测定结果显示,有效表达的HrpG蛋白能够恢复hrpG突变体在寄主水稻上的致病性。这表明,这套模块化的载体系统能够有效应用于基因转录表达、蛋白表达和功能互补的分析。这将为Xoc-水稻互作研究提供有效的技术支持,加快Xoc毒性相关基因功能的研究。     

水稻条斑病菌hrpD5基因在致病性中的功能分析

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)成功侵染水稻主要依靠其III型分泌系统(Type III secretion system,T3SS)分泌的效应蛋白。T3SS由hrp-hrc-hpa基因编码,其中主要的hrp和hrc基因突变,病原菌将丧失在寄主水稻上的致病性和非寄主烟草上的过敏性反应(hypersensitive response,HR)。hrpD5基因位于hrp基因簇hrpD操纵单元的第5个基因,在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的hrpD5缺失突变体RΔhrpD5。植物接种试验显示,RΔhrpD5丧失了对寄主水稻的致病性和在非寄主烟草上激发HR反应的能力;功能互补子虽然能够恢复这2种表型,但是,与野生型菌株相比,其在感病水稻上的毒性显著降低,在非寄主烟草上形成延迟的HR反应;荧光定量PCR结果显示:hrpD5缺失影响其下游hrpD操纵单元基因hrpD6、hrpE和hpaB以及HrpX操纵单元基因hrpF和hrpB1的表达;同时,hrpD5缺失降低了hrpX的mRNA水平,但是不影响hrpX的启动子活性;酵母双杂交结果显示,HrpD5蛋白能够与HrpF蛋白的N端互作。这些结果暗示在Xoc中hrpD5不仅为主要的致病相关基因,而且调控主要的hrp调节基因hrpX的表达。HrpD5新功能的鉴定将为解析T3SS在致病性中的功能提供线索。     

受条斑病菌侵染的水稻cDNA文库构建

提取经条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)侵染诱导后的水稻mRNA,利用SMARTTM技术于载体pGADT7-SfiAB上构建了水稻cDNA文库.检测发现,文库中含有水稻病程相关蛋白基因OsPR-1a、OsPR-1b和PAL.随机提取cDNA文库克隆的质粒,酶切分析发现,该cDNA文库的插入片段分布在500～2 000 bp之间,平均大小约为1 kb,重组率达95%.上述结果表明,水稻受条斑病菌侵染的cDNA文库质量较好,这为研究条斑病菌致病性因子与水稻互作机制奠定了工作基础.