侵染早期小麦叶锈菌相关基因的筛选及表达分析

为挖掘与叶锈菌萌发及早期侵染相关的关键基因,利用PacBio SMRT和Illumina HiSeq测序技术对叶锈菌夏孢子萌发0、2、4、8、12和24 h的孢子和芽管进行转录组测序,通过全长转录本基因表达差异分析和生物信息学分析进行候选基因筛选,利用qRT-PCR技术对候选基因在不同毒力菌系与小麦的亲和/非亲和互作中的表达模式进行系统分析。结果表明:1)综合分析筛选出差异显著且功能相关的4个候选基因,其中,PTTG_1050为SNARE蛋白的编码基因,可能参与SNARE介导的囊泡运输;PTTG_4765属于ABC转运蛋白基因家族PDR亚族;PTTG_1823属于PKc_Like超基因家族;PTTG_1279为候选分泌蛋白编码基因。2)4个候选基因在侵染早期受到强烈诱导或抑制,且在亲和互作中表达量高于非亲和互作,说明其在叶锈菌的早期侵染和扩展中发挥了重要作用,可能是早期成功侵染的关键基因。     

不同浓度和时间NaCl处理对水培冰菜生长和盐囊细胞的影响

以水培"非洲冰菜"为试验材料,研究不同浓度NaCl处理和不同处理时间对冰菜生长、无机离子含量和盐囊细胞数量和形态的影响.试验1:分别设定0、0.05、0.15和0.25 mol/L NaCl 4个处理;试验2:设定CK(始终不添加NaCl),和分别在0、7和14 d后添加0.05 mol/L NaCl 4个处理,以日本园试营养液配方为基础培养液,栽培28 d.结果表明,随着盐处理浓度的增加,冰菜地上部和地下部干鲜重减少,无机离子除Na增加外,K、Ca、Mg和P的含量均随NaCl浓度的增加而减少,说明冰菜高产栽培最适盐浓度为0.05 mol/L,但冰菜地上部鲜重在0.25 mol/L处理下与对照差异不显著,说明冰菜还可以忍耐更高浓度的盐胁迫.随着盐浓度的增加,盐囊细胞因积累大量的NaCl和水分而变得大而稀疏.此外,处理时间越早,冰菜干、鲜重越大,说明盐胁迫处理越早越好,但处理时间对无机离子的含量影响不显著.     

营养液定量管理对水培菠菜生长、养分吸收和利用效率的影响

在2个不同生长季,采用营养液定量栽培管理方法,研究限制供应营养液对菠菜产量和养分利用的影响.在相同硝酸盐浓度处理下,设定EC(对照,整个生育期始终保持设定N浓度为4.5 mmol/L)、WAN(从试验开始提供所有养分)和AWAN(每隔3 d供应营养液总量的1/7)等3个处理,对水培菠菜在2个生长季的生长、养分吸收和利用效率等进行研究.结果显示,不同季节EC处理下叶长、叶宽、地上部鲜质量等均明显大于其他处理,其中地上部鲜质量在4月达到了32.1 g/株,显著高于商品规格.2个生长季各处理下,硝态氮和各离子吸收效率整体表现为EC>AWAN>WAN,且相同定量管理法各营养元素离子吸收效率4月大于11月.但是,2个生长季EC和WAN处理显著提高了氮元素利用效率.说明在不更换营养液和节约肥料的情况下,营养液定量管理(WAN处理)更适合菠菜长季节水培生长.     

枯草芽胞杆菌WY8-7的溶磷、抑菌及促生长作用

[目的]本文旨在筛选兼有溶磷和抑菌作用的微生物菌株,分析其在水体和土壤中的溶磷效果以及对植物生长的作用,同时分析其抑菌活性,鉴定其抑菌物质。[方法]采用稀释涂平板法,从茶园土壤中分离具有溶磷和抑菌作用的菌株WY8-7,通过形态学、生理生化和分子生物学分析,确定菌株WY8-7的分类地位;检测菌株WY8-7在土壤和培养液中对难溶性无机磷的降解作用;检测其对苗期玉米植株生长的影响;对峙培养法分析菌株WY8-7对不同病原真菌的抑菌作用;超高效液相色谱四级杆飞行时间质谱鉴定抑菌功能物质。[结果]经鉴定,菌株WY8-7为枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis),在固体培养基、液体培养基和土壤中均可转化难溶性无机磷,提升可溶性磷含量;液体振荡培养20 d后,可溶性磷含量达512.77 mg·L~(-1),为对照的174倍;菌株WY8-7可提升土壤中可溶性磷含量,并促进苗期玉米的生长,与对照组相比,在叶长、叶宽、单叶叶面积、株高和鲜质量等指标均有显著增长(P0.05),增长率分别达17.68%、22.08%、42.62%、20.34%和20.59%;质谱分析表明,菌株WY8-7可产生伊枯草菌素A和丰原素A两类抑菌物质,对3种真菌具有高效广谱抑菌作用,对禾谷炭疽菌的抑菌率最高,达87.34%。[结论]分离自茶园的枯草芽胞杆菌WY8-7,在土壤和液体振荡培养中可高效转化难溶性无机磷为可溶性磷,促进苗期玉米植株生长,同时WY8-7还可产生伊枯草菌素A和丰原素A两种脂肽类物质,抑制多种病原真菌生长。WY8-7具有高效溶磷和抑菌作用,为新型微生物菌肥的研发提供重要材料。     

吡咯伯克霍尔德菌WY6-5的溶磷、抑菌与 促玉米生长作用研究

【目的】筛选兼具高效溶磷和抑菌作用的微生物,检测其溶磷效果和抑菌活性,鉴定抑菌代谢产物,并分析筛选微生物对植物生长的作用,为新型多功能抑菌微生物菌肥的研发提供材料。【方法】采集信阳毛尖茶车云山茶厂百年龄茶树根际土壤,稀释后涂布难溶性无机磷或难溶性有机磷培养基表面,培养后检测溶磷活性,测定溶磷圈直径,筛选具有高效溶磷作用的微生物,进行后续溶磷效果分析。高效溶磷菌WY6-5接种于培养液和土壤中,检测不同培养时间下,可溶性磷含量的变化规律,分析菌株WY6-5的溶磷活性;玉米盆栽土壤中接种菌株WY6-5菌液,种植27 d后分析玉米植株长势,检测溶磷菌WY6-5对苗期玉米生长的影响;采用双皿对扣培养法,验证菌株WY6-5产挥发性物质的抑菌作用,检测其对不同病原真菌的广谱抑菌效果,气相色谱串接质谱（GC-MS/MS）分析挥发性代谢物质,鉴定主效抑菌成分。【结果】筛选到3个兼具有降解难溶性无机磷和有机磷作用的微生物菌株,尤以菌株WY6-5溶磷效果最优。培养基培养条件下,对难溶性无机磷的溶解直径达2.3 cm,溶磷圈直径与菌落直径比为4.6;对难溶性有机磷溶解直径3.6 cm,溶磷圈直径与菌落直径比达7.2。表型观察、生理生化鉴定和系统发育树分析表明,菌株WY6-5为乳白色细菌,16S rRNA序列与Burkholderia pyrrocinia CIP 105874和Burkholderia stabilis CIP 106845两个菌株的同源性最高,进化树中聚成独立一支。另外,WY6-5与Burkholderia pyrrocinia具有高度相同的生理生化反应结果。因此,本研究将WY6-5鉴定为吡咯伯克霍尔德菌（Burkholderia pyrrocinia）。WY6-5在液体培养和土壤中均具有较好的溶磷活性,20 d培养时间内,液体培养液中磷含量最高达520.4 mg·L ^-1,为对照组176倍;土壤试验3—20 d期间,WY6-5处理组可溶性磷含量均高于对照组,且在盆栽试验中,能高效促进苗期玉米植株的生长,处理组叶长、叶宽、叶片数、茎粗、株高、鲜重等指标显著优于对照组;同时,菌株WY6-5还可产生挥发性抑菌物质,高效广谱抑制8种重要病原真菌的生长,抑菌率最高达100%,经GC-MS/MS检测发现,挥发性物质含有一种主效抑菌物,相对丰度达97%以上,鉴定为二甲基二硫。 【结论】吡咯伯克霍尔德菌（Burkholderia pyrrocinia）WY6-5分离自茶树根际土壤,在培养基、培养液和土壤环境下,均具有高效的溶磷效果,将难溶性的无机磷转化为植物可吸收的可溶性磷,并促进苗期玉米植株的生长;同时该菌还可产生挥发性抑菌物质二甲基二硫,高效抑制8种重要植物病原真菌的生长,抑制率最高达100%。菌株WY6-5兼具有提升土壤磷肥力、促进植物生长和和抑制真菌病害等多种重要作用,具有较好的生物学功能。     

小麦HP基因家族鉴定和分析

组氨酸磷酸转运蛋白HP(histidine phosphotransfer proteins)在植物的生长发育调控及逆境胁迫应答中发挥重要作用。为理解HP基因在小麦基因组中的进化特征和功能,研究通过生物信息学分析鉴定普通小麦的HP基因家族成员,对其理化性质、进化特征、基因结构、顺式作用元件以及在逆境胁迫条件下的表达模式进行了分析。结果表明,在小麦基因组鉴定到31个HP基因,编码蛋白质序列包括116～200个氨基酸。通过和其他植物的HP蛋白比较以及对蛋白结构、基因结构和基序的分析,显示小麦HP家族基因序列具有保守性。顺式作用元件预测表明,HP基因具有光、植物激素、干旱、低温等非生物胁迫响应相关的启动子调控元件。热图分析表明,HP基因在应答非生物胁迫中表达模式存在多样性;qRT-PCR分析表明,TaHP5-6B基因在低磷胁迫下受到强烈的诱导表达。综上所述,小麦全基因组鉴定的HP家族基因是非生物胁迫响应的重要基因资源。     

小麦3种锈菌PCWDEs家族基因鉴定及表达分析

为挖掘小麦锈菌侵染过程中发挥关键作用的植物细胞壁降解酶（Plant cell wall-degrading enzymes,PCWDEs）基因,通过生物信息学方法对小麦3种锈菌（叶锈菌、条锈菌和秆锈菌）基因组中的碳水化合物活性酶（Carbohydrate-active enzymes, CAZymes）进行预测分析,在此基础上对其中的PCWDEs基因家族进行全基因组范围的筛选鉴定,并利用qRT-PCR方法对叶锈菌PCWDEs家族成员在侵染过程中的转录水平进行了检测分析。结果表明：1）小麦叶锈菌、条锈菌和秆锈菌基因组分别编码355、322和345个CAZymes家族成员基因以及160、153和158个PCWDEs基因;小麦3种锈菌共含75个保守CAZymes基因亚家族和94个PCWDEs直系同源基因簇。2)16个叶锈菌特异性PCWDEs基因在亲和（Pt15-‘中国春’）/非亲和（Pt15-‘云麦34’）互作过程中均受到不同程度的诱导表达,但非亲和互作中在侵染更早期就已受到诱导上调表达。3）叶锈菌特异性PCWDEs基因簇中有4个PCWDEs被鉴定为类扩展蛋白,其在侵染过程中受到诱导表达,说...     

转录因子TaMADS2在小麦-叶锈菌互作中的功能研究

为探究转录因子TaMADS2在小麦抗叶锈病中的功能，以TaMADS2基因在亲和/非亲和小麦与叶锈菌互作过程中上调表达，且在非亲和组合中上调表达时期较亲和组合更早为依据，利用BSMV-VIGS技术沉默‘中国春’‘郑麦9023’中TaMADS2基因表达，观察TaMADS2沉默植株的表型以及病程相关基因的转录水平变化。结果表明:在接种叶锈菌后，TaMADS2基因沉默植株较对照相比叶锈菌感染加重，单侵染点处活性氧积累面积减小，菌丝长度增加，发病面积增大，促进了病原菌的生长，减弱了植物的抗性反应；通过qRT-PCR分析发现在叶锈菌侵染早期，病程相关基因TaPR1和TaPR2的表达水平下调。综上，TaMADS2基因可能通过调控抗病相关基因的表达正向调控小麦对叶锈菌的抗性。