二穗短柄草被确定为水稻黑条矮缩病毒的新寄主

二穗短柄草(Brachypodium distachyon)是一种新兴的模式植物,在病毒-植物的互作研究中具有广阔的应用前景。水稻黑条矮缩病毒(Rice black-streaked dwarf virus,RBSDV)是一种重要的植物病毒,明确该病毒是否能够侵染二穗短柄草,是进行病毒-寄主互作研究的前提。本研究利用传毒介体灰飞虱将RBSDV人工接种于二穗短柄草Bd21,观察RBSDV是否侵染短柄草,以及侵染后的症状发展过程,同时对病毒进行了PCR检测。结果显示,RBSDV可以侵染二穗短柄草;初期症状为节间缩短,随后表现植株矮缩、心叶扭曲、缺刻等症状;PCR检测有明显的目的条带。由此确定二穗短柄草是RBSDV的新寄主,可作为该病毒与寄主互作的研究材料。这为进行RBSDV抗病基因鉴定、基因组学研究以及农作物的抗病育种奠定了基础。     

Testing and modelling the potential of three diploid plants in Poaceae as a new pathosystem to investigate the interactions between cereal hosts and cereal cyst nematode (Heterodera avenae)

Cereal cyst nematode (CCN), Heterodera avenae, is one of the most important pathogens of wheat worldwide, and causes significant yield losses. Research on CCN–wheat interactions is hampered by the lack of an effective model pathosystem. This study investigated the potential of the model cereal Brachypodium distachyon (Bd21‐3) and diploid wheat 2A (G1812) and 2D (AL8/78) as model hosts for CCN. Nematode infection analysis showed that although some CCN penetrated Bd21‐3 roots, these nematodes failed to develop to the later developmental stages or form cysts, indicating B. distachyon is not a host for CCN. A strong burst of reactive oxygen species (ROS) within Bd21‐3 roots infected with CCN was induced 3 days after infection and the expression of seven ROS‐producing genes was significantly increased. In contrast, CCN completed its life cycle in both diploid wheat 2A and 2D, and formed normal syncytia in these hosts. Although CCN developmental processes within both diploid wheat 2A and 2D were very similar to those in the susceptible control, the number of cysts formed on diploid wheat 2D was less than those formed on diploid wheat 2A and the susceptible control, indicating that diploid wheat 2A was a more suitable host for CCN than 2D. This is the first report of a potential new pathosystem for CCN–host interactions using diploid wheat.     

以色列二穗短柄草谷胱甘肽过氧化物酶活性分析

二穗短柄草是一种理想的研究温带禾谷类植物和牧草的模式植物.本文对来源于以色列4个不同地区105个生态型二穗短柄草的根、茎、叶中的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性进行了测定分析.结果表明:在贵州的自然气候条件下,以色列二穗短柄草根、茎、叶部位的GSH-Px活性存在显著性差异,其活性的高低顺序为:叶>茎>根;不同生态...     

二穗短柄草DREB1G基因表达模式分析和在拟南芥中的异源过量表达

CBF/DREB基因是一类植物特异性转录因子,通过调控下游抗逆相关基因的表达,在植物逆境胁迫应答过程中发挥重要作用。为了研究新型的禾本科模式植物二穗短柄草DREB基因的功能,克隆BdDREB1G的cDNA序列,分析该基因在各种非生物胁迫条件下的表达,构建过表达载体,获得转基因拟南芥。结果表明:高温、低温和水杨酸胁迫处理显著诱导BdDREB1G的表达,暗示该基因响应高温和低温胁迫。初步观察结果说明,该与野生型拟南芥相比,转基因植株生长发育迟缓。这些为研究该基因响应非生物胁迫的功能奠定基础。     

二穗短柄草WRKY基因家族成员的鉴定和分析

WRKY转录因子以基因家族形式存在,在植物生长、发育和逆境反应中起着重要作用。二穗短柄草是大麦、小麦和禾本科牧草的模式植物,为了给基因表达和功能鉴定奠定基础,本研究利用生物信息学方法鉴定和分析其WRKY转录因子。结果表明,二穗短柄草有76个WRKY基因,它们具有0～6个内含子,编码区全长396～2 847 bp,基因分布在5条染色体上;进化分析结果表明,二穗短柄草WRKY在系统发生树上聚为3组,分属于I、II和III类转录因子;核心序列除WRKYGQK外,还有WKKYGQK、WRKYGKK、WRKY-GEK、WRKYGQT和WKKYGPK等多种变异类型;锌指模体也存在多种变异,它们是C-X4-C-X21-H-X1-H、C-X3-C-X22-H-X1-H、C-X7-C-X28-H-X1-C、C-X7-C-X24-H-X1-C、C-X7-C-X26-H-X1-C、C-X6-C-X24-H-X1-C、C-X7-C-X33-H-X1-C、C-X6-C-X32-H-X1-C和C-X7-C-X32-H-X1-C。     

二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶基因 BdCDPK14克隆及表达分析

[目的]克隆分析二穗短柄草钙依赖型蛋白激酶(CDPK)基因BdCDPK14,并检测其在干旱胁迫下的表达量,为揭示钙依赖型蛋白激酶的抗旱调控机制打下基础.[方法]根据NCBI检索结果设计特异引物,以二穗短柄草cDNA为模板,采用PCR扩增二穗短柄草CDPK基因家族成员BdCDPK14,利用在线分析软件对BdCDPK14基因编码蛋白进行生物信息学分析,并采用RT-PCR检测PEG-6000干旱胁迫下的BdCDPK14基因表达量.[结果]从二穗短柄草叶片中克隆获得的BdCDPK14基因(GenBank登录号XM_003564390)片段长度1750 bp,其开放阅读框(ORF)1545 bp,编码514个氨基酸,其编码蛋白分子量56.78 kD,理论等电点5.45,脂肪指数78.21,不稳定指数38.66,属于稳定蛋白.BdCDPK14蛋白与小麦TaCPK13蛋白(ABY59018)的亲缘关系最近,含有4个EF-hands结构、蛋白酪氨酸激酶结构域、脂多糖激酶家族、ATP结合区域、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶激活区和预测跨膜区等结构域,主要由无规卷曲和α-螺旋构成,位于叶绿体和细胞质膜上.在PEG-6000干旱胁迫下,BdCDPK14基因在胁迫3 h内的相对表达量无明显变化,胁迫6 h后相对表达量开始升高,至胁迫12 h时的相对表达量最高.[结论]克隆获得的BdCDPK14基因为二穗短柄草CDPK基因家族成员之一,参与其抗干旱胁迫反应,可作为候选基因用于二穗短柄草抗旱机制研究.     

二穗短柄草表皮蜡质组成分析及蜡质显微结构观察

为了解二穗短柄草各器官表皮蜡质组成及其晶体结构,利用气相色谱(GC)技术对二穗短柄草穗下茎、叶、穗和旗叶鞘的表皮蜡质成分进行了分析,并对其表皮蜡质晶体结构进行扫描电镜观察。结果表明,从二穗短柄草表皮蜡质中鉴定出18种化合物成分,主要为初级醇、烷烃、醛和脂肪酸。其中,初级脂肪醇、脂肪醛和烷烃是其蜡质的主要成分,约占总蜡质含量的96%。不同器官的蜡质成分比较相似,均以初级脂肪醇的含量最高,其次是脂肪醛、烷烃和脂肪酸。不同器官间蜡质总含量有显著差异,其中穗和旗叶的蜡质含量比较高,分别为13.6和9.8μg·cm-2,而倒三叶和旗叶叶鞘最低,分别为4.9和4.7μg·cm-2。蜡质成分碳链长度的分布范围主要为C22~C32,其中以C26分布最多。初级醇中C26醇的含量最高,分别占叶片、穗和叶鞘中醇含量的94.6%、95.7%、91.4%,占穗下茎中醇含量的76.5%。烷烃中以C29烷烃含量最高,大约占60%左右;其次是C31烷烃,含量在叶片蜡质中大约为30%,穗下茎中是34.2%。醛中C26醛含量最高,约占叶片、穗和叶鞘中醛含量的91.5%~94.6%,占穗下茎中醛含量的74.4%。脂肪酸中C20和C22脂肪酸的含量较高,C26和C28脂肪酸的含量比较低。经扫描电镜观察,各器官表面的蜡质晶体结构均为片状。     

Pathogenicity of Rice Blast Fungus Magnaporthe oryzae on Brachypodium distachyon

Inoculation methods for rice blast fungus Magnaporthe oryzae to Brachypodium distachyon were developed to investigate the infection process and symptom development in comparison with those on rice (Oryza sativa) and barley (Hordeum vulgare).M.oryzae could infect leaves,sheathes,stems and panicles of B.distachyon and cause blast disease.Spraying conidial suspension on either intact seedlings or leaf segments induced typical symptoms on B.distachyon.During the intact seedling inoculation,the symptom developed on B.distachyon leaves closely resembled that on rice;but the lesions on B.distachyon had better uniformity in shapes and sizes than those on rice or barley.In the leaf segments inoculation,only initial and low-developed lesions could be found on rice,while normal symptoms on B.distachyon and barley.Inoculated with low-virulent mutants of M.oryzae,B.distachyon produced low-level symptoms.The symptom level of each mutant on B.distachyon corresponded well to that on rice.In addition,typical infection processes presented on B.distachyon leaves:forming melanized appressoria,penetrating into host epidermis and then forming hyphae in epidermal cells.According to these results,B.distachyon can be used as a candidate for studying fungus-plant interactions and as a probable source of disease resistance.     

二穗短柄草CCCH型锌指蛋白基因家族成员的鉴定和分析

CCCH型锌指蛋白基因以基因家族的形式存在,在信号转导调控、形态发生和逆境应答等诸多生物学过程中起着重要作用。为给该基因的克隆及功能研究提供参考信息,本研究针对二穗短柄草的基因组序列,运用多种生物信息学方法在全基因组范围对CCCH型锌指蛋白基因进行了鉴定分析。结果表明,二穗短柄草共有61个含CCCH基序的蛋白质,它们的基因 DNA序列全长825~13 288 bp,内含子数量0~13个,编码区全长498~4 944 bp,编码165~1 007个氨基酸;共检测到145个CCCH基序,以C X₈ C X₅ C X₃ H和C X₇ C X₅ C X₃ H最为常见;基因不均等地分布在5条染色体上,其中2号染色体分布最多,有21个,5号染色体分布最少,仅4个;系统发育分析表明,61个成员可分为8组。     

新的禾本科模式植物——二穗短柄草

水稻（Oryza sativa）是禾本科中目前唯一已完成基因组测序的模式植物,但由于它很早从冷季型禾本科中进化分离出来,故其作为禾本科其他亚科的模式植物有一定局限性,因此,需要一种新的、更适合的模式植物。二穗短柄草（Brachypodium distachyon）是一种温带禾草,归属禾本科早熟禾亚科短柄草族短柄草属,具有基因组小、株型小、自花授粉、一年生、生命周期短、有二倍体和一系列多倍体、易培植、易转化等诸多优点,尤其是与很多重要的谷类作物如小麦、大麦、燕麦、玉米、水稻、高梁等以及许多牧草与草坪草有较近的亲缘关系,因而是温带禾本科植物功能基因纽学以及生物能源作物（如柳枝稷）研究的理想模式植物,作者例举二穗短柄草之所以成为新模式植物系统的依据,并介绍其在遗传进化、基因组特点、功能基因组及形态特征等方面的研究进展。