水稻白叶枯病菌Zur和HrpG平行调控hrcC基因表达

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)的III型分泌系统(Type III secretion system, T3SS)由hrp基因簇编码,其决定在寄主水稻上的致病性。hrcC是hrp基因簇中hrpA转录单元仅有的一个基因,推测编码T3SS的核心组分蛋白。在Xoo中,hrcC在致病性中的功能以及受调控的机制仍未明确。本研究构建了hrcC的缺失突变体及其功能互补子,发现hrcC缺失使Xoo丧失了在寄主水稻上的致病性以及在非寄主烟草上激发过敏反应(Hypersensitive response, HR)的能力,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。启动子GUS活性的定量测定和蛋白免疫杂交试验,证明hrcC的转录表达依赖于主要的hrp调控子HrpG,而不受HrpX调控;HrpG和铁转运家族类调控子(Ferric uptake regulator family)Zur以平行独立的方式正调控hrcC基因的转录表达。异源功能互补、启动子活性和蛋白表达试验发现Xoo和水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)的hrcC基因在致病性上的功能具有互置性,以及受HrpG、HrpX和Zur的调控模式也具有相似性。这些研究为进一步解析黄单胞菌的hrp调控网络与全毒性调控网络之间的交叉提供了新的线索。     

一株具有防治水稻条斑病潜力的高地芽胞杆菌181-7

 水稻条斑病(Bacterial leaf streak, BLS)由稻黄单胞菌种下的致病变种条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染引起,已成为我国南方水稻种植区的一个重要病害。为了筛选防治BLS的生防细菌,本研究以Xoc的模式菌株RS105为靶标菌,采用平板稀释和抑菌圈法,从辣椒根际土壤中分离筛选到具有拮抗活性的菌株181-7。通过形态学、生理生化特征以及16S rRNA序列分析鉴定该菌株为高地芽胞杆菌,命名为Bacillus altitudinis 181-7。针对14种植物病原细菌和3种病原真菌的拮抗谱试验发现,181-7对Xoc和水稻白叶枯病菌(X. oryzae pv. oryzae, Xoo)表现特异性的拮抗作用,对禾谷镰刀菌也具有较明显的抑制作用。基因组信息显示,181-7携带一个环状的质粒,含有3 826个开放阅读框,含有涉及抗真菌、抗逆、诱导植物抗性和促进植物生长等特性的相关基因。AntiSMASH的分析显示,181-7含有地衣杆菌素(lichenysin)、丰原素(fengycin)、菌溶素(bacilysin)、细菌素(bacteriocin)以及噬铁素等抑菌活性代谢产物。温室的初步试验结果显示,在感病水稻品种‘原丰早'上, 181-7对Xoc在水稻叶片上引起的水渍症状具有明显的抑制作用。这表明, B. altitudinis 181-7具有防治水稻条斑病的潜力。这些研究为水稻条斑病的生物防治提供了新的微生物资源,也为后续生防机理的探究奠定了理论基础。     

水稻白叶枯病菌Zur和HrpG平行调控hrcC基因表达

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)的III型分泌系统(Type III secretion system, T3SS)由hrp基因簇编码,其决定在寄主水稻上的致病性。hrcC是hrp基因簇中hrpA转录单元仅有的一个基因,推测编码T3SS的核心组分蛋白。在Xoo中,hrcC在致病性中的功能以及受调控的机制仍未明确。本研究构建了hrcC的缺失突变体及其功能互补子,发现hrcC缺失使Xoo丧失了在寄主水稻上的致病性以及在非寄主烟草上激发过敏反应(Hypersensitive response, HR)的能力,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。启动子GUS活性的定量测定和蛋白免疫杂交试验,证明hrcC的转录表达依赖于主要的hrp调控子HrpG,而不受HrpX调控;HrpG和铁转运家族类调控子(Ferric uptake regulator family)Zur以平行独立的方式正调控hrcC基因的转录表达。异源功能互补、启动子活性和蛋白表达试验发现Xoo和水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)的hrcC基因在致病性上的功能具有互置性,以及受HrpG、HrpX和Zur的调控模式也具有相似性。这些研究为进一步解析黄单胞菌的hrp调控网络与全毒性调控网络之间的交叉提供了新的线索。     

柑橘溃疡病菌gpd1基因在致病性中的功能分析

 甘油作为微生物重要的能量来源及抗逆因子,对其生存具有重要作用。gpd1基因编码甘油-3-磷酸脱氢酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase, G3PDH),是甘油合成代谢途径中关键的限速酶。本研究分析了gpd1基因在柑橘溃疡病菌(Xanthomonas citri subsp. citri, Xcc)致病性中的功能。对Xcc强毒菌株Xcc021和弱毒菌株Xcc049E分别进行了gpd1的缺失突变,发现gpd1缺失仅影响强毒菌株Xcc021在感病柑橘寄主上的毒性以及gpd1缺失影响Xcc在营养贫乏培养基中的生长能力,功能互补子能够恢复毒性和生长能力至野生型水平。其他毒性相关表型显示:与野生型Xcc021相比,gpd1突变体菌体的沉降能力增加,游动性降低,生物膜形成能力增强,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。这表明gpd1基因在强毒菌株中是重要的毒性因子,其涉及的甘油代谢途径可能在强弱毒菌株对于寄主柑橘的毒性具有不同的作用。     

柑橘溃疡病菌gpd1基因在致病性中的功能分析

 甘油作为微生物重要的能量来源及抗逆因子,对其生存具有重要作用。gpd1基因编码甘油-3-磷酸脱氢酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase, G3PDH),是甘油合成代谢途径中关键的限速酶。本研究分析了gpd1基因在柑橘溃疡病菌(Xanthomonas citri subsp. citri, Xcc)致病性中的功能。对Xcc强毒菌株Xcc021和弱毒菌株Xcc049E分别进行了gpd1的缺失突变,发现gpd1缺失仅影响强毒菌株Xcc021在感病柑橘寄主上的毒性以及gpd1缺失影响Xcc在营养贫乏培养基中的生长能力,功能互补子能够恢复毒性和生长能力至野生型水平。其他毒性相关表型显示:与野生型Xcc021相比,gpd1突变体菌体的沉降能力增加,游动性降低,生物膜形成能力增强,功能互补子能够恢复这些表型至野生型水平。这表明gpd1基因在强毒菌株中是重要的毒性因子,其涉及的甘油代谢途径可能在强弱毒菌株对于寄主柑橘的毒性具有不同的作用。     

低温胁迫下转RdreB1BI草莓逆境相关基因表达及抗性评价

为研究低温胁迫处理后,草莓逆境相关基因的表达及生理指标的变化,并对转RdreB1BI草莓进行抗性评价,本研究以已经通过分子鉴定的红颜草莓转RdreB1BI基因株系为试验材料,分析了零上冷害(4、2和0℃)、零下冻害(-2、-4和-6℃)以及常温(25℃),共7个温度梯度处理下草莓叶片丙二醛(MDA)含量、渗透调节物含量(可溶性糖、可溶性蛋白)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化物酶(POD)活性,并采用RT-qPCR法分析了在常温、-2℃和-4℃处理下草莓叶片外源RdreB1BI基因及内源逆境相关基因的表达情况。结果表明,株系7、株系8和株系10叶片在-4℃和-6℃处理无明显黄叶褐化现象,叶片SOD活性显著高于对照、株系1和株系9;株系10在-4℃和-6℃处理下叶片可溶性糖含量显著高于对照、株系1和株系7;-6℃处理下株系8叶片CAT活性保持较高水平。在-4℃处理下,ZAT10在株系7和株系8中的表达量显著高于株系1、株系9、株系10和对照,NAC在株系8和株系10中的表达量显著高于株系1、株系7、株系9和对照,表明转基因株系中,株系7、株系8和株系10具有较强的抗寒性。此外,在-4℃处理下,转RdreB1BI草莓中IDD4、PP2C25、HSFC1a及MYBR等转录因子的表达量显著高于对照,能协同RdreB1BI基因参与逆境胁迫响应,提高保护酶活性及渗透调节物质的含量,调控草莓对低温的耐性。外源RdreB1BI基因转入后能明显提高草莓的抗寒性。本研究结果为红颜草莓低温调控机理、北移栽培及抗性育种研究提供了理论基础。     

过量表达RdreB1BI对草莓果实品质及相关基因的影响

【目的】研究外源基因RdreB1BI转入对‘红颊’草莓果实品质及相关基因表达的影响,揭示RdreB1BI在草莓果实品质调控中的作用及分子机理。【方法】以5个转RdreB1BI株系及非转基因‘红颊’草莓全红期果实为材料,测定果实纵横径、单果重、可溶性糖、可溶性蛋白、抗坏血酸等风味物质及花青苷、总黄酮、总酚等着色物质的含量。应用BLASTn、GENEFINDER和PlantCARE等生物信息学方法分析外源基因和7个次生代谢产物合成途径相关基因（RdreB1BI、Fractin、FvC4H、FvCCR2、FvGST、FvF3H、FvDFR和FvMYB306）的结构,并预测基因启动子作用元件。采用qRT-PCR定量法检测相关基因表达量,应用7300 system软件和2^-△△Ct法分析数据。对生理生化及分子数据进行方差及相关性分析,综合讨论RdreB1BI的转入对‘红颊’草莓果实品质及相关基因表达的影响。【结果】转基因‘红颊’草莓株系与野生型果实单果重的范围为11.75-15.42 g,纵径和横径的范围分别为35.12-40.42 mm及28.73-32.6 mm,仅株系8果实纵径显著大于株系7,其余指标间差异不显著。其中转基因株系1和7的花青苷含量显著高于野生型;转基因株系1、7及8总黄酮含量显著高于野生型;各转基因株系的总酚含量均显著高于野生型。转基因株系1、7和8果实的可溶性糖含量显著高于野生型（21.70 mg·g^-1 FW）,分别为野生型的2.87、3.39和3.35倍。可溶性固形物含量与可溶性糖含量呈正相关（r=0.811^*）,但样品果实的可溶性固形物含量间不存在显著性差异。转基因株系草莓成熟果实果肉中氨基酸含量为0.2580-0.3950 g/100 g FW,野生型果实的氨基酸含量为0.5151 g/100 g FW,显著高于各转基因株系草莓果实;转基因株系1和7的可滴定酸含量显著高于野生型;转基因株系1果实的抗坏血酸含量为168.35 mg/100 g FW,显著高于野生型（92.50 mg/100 g FW）。转基因株系9及10果实的可溶性蛋白含量分别为25.97和25.86 mg·g^-1 FW,显著高于野生型（22.93 mg·g^-1 FW）。RdreB1BI、FvCCR2cinnamoyl-CoA reductase 2-like）和FvMYB306（myb-related protein 306）在各转基因株系中表达量显著高于野生型。分析发现差异表达基因启动子区域包含多种高等植物顺势调控元件,主要有对真核生物起增强基因转录效率的CAAT-box和核心启动子元件TATA-box。同时还包含G-Box、G-box、MBS、ARE、5UTR Py-rich stretch等能影响各基因对光的响应、在苯丙烷代谢途径中起调节作用的顺式作用元件。【结论】RdreB1BI调控相关基因参与转化体果实发育和成熟,提高光的有效性,活化黄酮类生物合成通路关键基因,差异基因中均包含大量光诱导响应元件,FvCCR2及FvMYB306的表达促进了总黄酮、酚类物质及花青苷等次生代谢物的合成。转入RdreB1BI使草莓果实的多项营养成分和着色物质含量显著增加,改善了草莓的果实品质。