甘蔗宿根矮化病检测技术研究进展简述

甘蔗宿根矮化病（Clavibacter xyli subsp.xyliDavis et al.）是甘蔗的主要病害之一,于1944～1945年首先在澳大利亚昆士兰州甘蔗品种Q28上发现[1]。我国1986年确诊存在RSD之后,广东[2]、福建[3]、广西[4]曾对全省蔗区进行普查     

甘蔗宿根矮化病菌PCR检测技术研究

以甘蔗茎组织总DNA为模板,以16S rRNA基因赖氏细菌属(L eif son ia)通用引物为第一轮引物、甘蔗宿根矮化病菌(L eif son ia xy li subsp.xy li,Lxx)亚种特异引物为第二轮引物建立了Lxx巢式PCR检测技术。根据已报道的Lxx巴西分离物基因组全序列(G enB ank登录号AE 016822.1)设计了扩增致病相关基因片段的3个引物对,经多种组合进行了RCR检验,筛选出两个特异性好、灵敏高的引物对,建立了Lxx的多重PCR检测技术。克隆测序表明,PCR产物与巴西分离物基因组相应区段同一率为99%以上,从而证实了上述PCR技术的正确性。检测结果表明,广东样品的阳性率为90%,海南样品的阳性率为60%。     

甘蔗宿根矮化病感病与非感病植株养分含量、根系生长及内生细菌群落的差异

  【目的】  分析甘蔗宿根矮化病 (ratoon stunting disease, RSD) 感病植株与非感病植株不同部位氮、磷、钾吸收量、根系生长和内生细菌群落结构特征,旨在探明甘蔗宿根矮化病的感染与危害机制,为构建生态防控RSD栽培管理技术体系生态防控RSD提供理论依据。  【方法】  以甘蔗RSD感病植株为试材,RSD非感病植株为对照,采集甘蔗RSD感病植株和非感病植株叶片、根系和茎部组织为样品,利用传统和现代高通量测序技术分析了甘蔗RSD感病植株和非感病植株叶片、茎中氮、磷、钾含量,根系生长以及内生细菌群落结构特征。  【结果】  甘蔗RSD感病植株不同部位氮、磷、钾吸收量显著低于RSD非感病植株;而且RSD感病植株根长、总根表面积、总根体积和根尖数等反映植株根系生长状况的指标,以及指示植株内生细菌多样性的Shannon指数显著低于RSD非感病植株;同时,Simpson指数显著高于相应的RSD非感病植株;基于门分类水平,RSD感病植株内生细菌的部分优势菌门,如绿弯菌门 (Chloroflexi) 和酸杆菌门 (Acidobacteria) 细菌的丰度占比急剧增加,而厚壁菌门 (Firmicutes) 和门分类水平中属于其它 (other) 菌门的细菌占比下降;属分类水平,RSD感病植株内生细菌部分优势菌属的丰度占比、排位顺序与对照相比,发生了明显变化,而且诸如Pseudarthrobacter、红游动菌属 (Rhodoplanes) 等部分优势菌属缺失。  【结论】  甘蔗罹患RSD病后,根长、总根表面积、总根体积和根尖数均显著下降,致使植株氮、磷、钾吸收量显著降低。氮、磷、钾吸收量的减少,尤其是钾吸收量的急剧下降,又会影响RSD感病植株的生长,最终导致甘蔗产量和品质下降。与非感病植株相比,RSD感病植株内生细菌多样性下降、特有内生细菌优势菌属和菌种数量减少是甘蔗植株抗性降低的重要原因。与非感病植株相比,RSD感病植株内生细菌的部分优势菌门的丰度发生了明显变化,诸如绿弯菌门 (Chloroflexi) 和酸杆菌门 (Acidobacteria) 细菌的丰度占比急剧增加,而厚壁菌门 (Firmicutes) 和属于门分类水平中其它 (other) 的细菌占比下降。与非感病植株相比,RSD感病植株内生细菌部分优势菌属的丰度占比、排位顺序也发生了明显变化,如Pseudarthrobacter、红游动菌属 (Rhodoplanes) 等部分非感病植株中丰度占比大于1%的优势菌属缺失。     

甘蔗宿根矮化病感病与非感病株根际土壤生物学性状及细菌群落结构特征

[目的]比较甘蔗宿根矮化病(ratoon stunting disease,RSD)感病植株与非感病植株根际土壤的生物学性状及细菌群落结构特征,旨在为构建甘蔗健康的根际微环境,筛选高效RSD生防细菌提供参考。[方法]通过田间调查和实验室鉴定,以甘蔗RSD感病植株为试材,非感病植株为对照,采集甘蔗RSD感病植株和非感病植株的根际土壤,并基于传统和现代高通量测序技术,分析了甘蔗RSD感病植株和非感病植株根际土壤的生物学性状和细菌群落结构特征。[结果]与甘蔗RSD非感病植株相比,感病植株根际土壤中指示土壤肥力与健康状况的生物学性状指标β-葡糖苷酶、磷酸酶和氨肽酶活性,以及微生物生物量碳、氮、磷显著降低;同时,指示细菌丰富度的Chao1指数和指示细菌多样性的Shannon指数显著下降。门分类水平与非感病甘蔗植株相比,RSD感病植株根际土壤中Proteobacteria(变形杆菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)和Nitrospirae(硝化螺旋菌门)等优势门类细菌占比呈倍级降低,但Chloroflexi(绿弯菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)、Cyanobacteria(蓝细菌门)、Planctomycetes(浮霉菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)等优势门类细菌占比呈倍级增加;在属分类水平,与非感病甘蔗植株相比,RSD感病植株根际土壤中Xanthobacteraceae(黄色杆菌属)、Acidothermus、Gaiellales、Roseiflexus(玫瑰菌属)、Micromonosporaceae(小单孢菌属)和Nitrospira(硝化螺旋菌属)细菌占比呈倍级降低,但Acidobacteria(嗜酸菌属)细菌及部分未知菌属却呈倍级提高。[结论]甘蔗RSD感病植株根际微环境中指示土壤肥力的生物学指标显著降低,细菌丰富度和多样性显著下降,部分优势细菌门属占比发生剧变可能是导致甘蔗RSD发生的重要原因。     

海藻糖合酶基因的克隆及转化甘蔗的研究

从提子菌灰树花的菌丝体中提取总ＲＮＡ,并纯化出ｍＲＮＡ,经ＲＴ－ＰＣＲ扩增得到一长约２．２ｋｂ的片段,经测序,其全长２１９９ｂｐ,包括起始密码和终止密码;随后将此片段插入植物表达载体ｐＢＩ１２１的３５Ｓ启动子和ＮＯＳ终止子之间,构建了一植物表达载体（ｐＢＴ）,又将此片段加上ｕｂｉ－Ｌ启动子和ＮＯＳ终止子构建了另一植物表达载体（ｐＵＢＴ）,然后通过基因枪法分别用植物表达载体ｐＢＴ和ｐＵＢＴ转化甘蔗,     

在烟草中表达拟南芥GAI基因获得矮化的烟草植株

赤霉素（GA）能控制植物茎的伸长，从而决定植物的高度（Schomburg et al．，2003）。一些植物的矮化突变体是由于体内GA缺陷、GA不敏感引起的（Ross et al.，1997）。因此，改变植物体内GA的浓度和对GA的敏感性都可能改变植物的高度，获得矮化植株。GAI是一个在拟南芥中发现的GA应答的负调控因子，过量表达引起植株矮化（Peng et al．,1997．Fu et al．，2001）。本研究克隆了拟南芥GAI基因，在烟草中表达获得了矮化的烟草植株。     

宿根甘蔗喷施钙、镁、磷、钾混合叶面肥的生理效应

用不同浓度的MgSO4、KH2PO4、Ca（OH）2混合叶面肥喷施宿根甘蔗,结果表明：（1）在伸长期甘蔗的硝酸还原酶的活性增强,使甘蔗植株吸收的硝态氮能尽快转化为还原型,促进氨基酸的合成,有利于甘蔗的生长;进入伸长末期,甘蔗的硝酸还原酶活性比CK弱,抑制氮素吸收转化,有利于甘蔗工艺成熟。（2）喷施40d以后,能明显增加甘蔗叶片的叶绿素含量,从而提高光合作用强度。（3）收获时甘蔗的产量和品质都有不同程度的提高。     

口蹄疫病毒3AB基因的克隆与原核表达

根据口蹄疫流行毒株设计一对包含3AB部分基因编码区的特异性引物,扩增出3AB基因550 bp的特异带,并将纯化的扩增产物克隆到pM D 18-T载体上。再用设计的酶切位点将3AB基因分别连接到两种原核表达载体上,构建了重组质粒pETCK S-3AB及pET 28a-3AB,转入BL 21菌中进行原核表达。SDS-PAGE电泳表明,3AB基因在两种表达系统中均高效表达。对表达的蛋白通过包涵体及切胶纯化的方法进行纯化,获得了高纯度的3AB蛋白。     

甘蔗抗坏血酸过氧化物酶基因(ScAPX)的克隆及表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)是清除活性氧(reactive oxygen species,ROS)的重要酶类.本研究对针刺接种黑粉菌(Sporisorium scitamineum)后的抗、感基因型甘蔗(Saccharum officinarum)进行APX活性测定.结果表明,甘蔗接种黑穗病菌48h内,抗病品种(崖城05-179) APX活性显著高于感病品种(柳城03-182) (P＜0.05).借助电子克隆技术,结合RT-PCR方法,从甘蔗中分离到一个APX基因,并命名为ScAPX(GenBank登录号:KJ7565501).生物信息学分析显示,ScAPX基因全长l 171bp,包含一个1 038 bp的完整开放阅读框,编码345个氨基酸.ScAPX编码的蛋白不含信号肽,推测其为非分泌蛋白,定位于线粒体基质和叶绿体基质中的概率分别为91.1％和88.7％.实时荧光定量PCR检测结果显示,ScAPX在甘蔗根、芽、叶、蔗皮和蔗髓中均有表达,为组成型表达基因,表达量在蔗皮中最高,叶中最低,前者是后者的19.7倍;在外源因子处理后0～48 h,ScAPX基因的表达受水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)、过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)、脱落酸(abscisic acid,ABA)、氯化钠(sodium chloride,NaCl)和聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)诱导,SA、MeJA和H2O2处理后的ScAPX 转录本积累量峰值较外源激素(ABA)和环境(NaCl和PEG)胁迫早.前者的ScAPX转录本变化呈现出胁迫初期积累量增加,达到峰值后又逐步下降的特点;在同样的测试时间(处理后24 h)内,ABA、NaCl和PEG处理后ScAPX转录本在达到峰值后未见下降.虽然在外源胁迫下,ScAPX表达量变化存在明显差异,但其表达均表现出正响应上述外源因子对甘蔗的胁迫.本研究为后续深入鉴定该基因的功能与进一步应用提供基础资料.     

甘蔗茎成熟相关基因的分离与分析

随着甘蔗的成熟,甘蔗茎秆中积累的糖分在不断增加,其薄壁细胞的渗透压也在不断增加,这意味着大量与糖分积累和抗逆相关的基因也得到了大量的表达,对这些基因进行分离和鉴定有助于了解甘蔗茎成熟的分子机制。本研究以果蔗品种拔地拉（Badila）的成熟茎节与未成熟茎节为材料,利用抑制差减杂交技术（suppression subtractive hybridization,SSH）构建了甘蔗茎成熟相关基因的差减cDNA文库。挑取200个重组子进行测序,其中与甘蔗茎成熟相关基因片段有22个,包括2个与信号转导相关的cDNA片段,5个转录翻译相关蛋白,2个光合系统蛋白,8个物质能量代谢cDNA片段,抗逆、糖转运相关蛋白5个,另外还有一些片段通过GenBank搜索未发现有相关的同源序列,推测这些片段可能是功能未知的新基因。这些基因的获得为进一步提高甘蔗的糖分和抗逆性打下了良好的基础。     

甘蔗富含甘氨酸蛋白基因(Sc-GRP)的克隆及其表达分析

本研究在对甘蔗(Saccharum officinarum)叶片全长cDNA文库测序的基础上,通过EST (expressedsequence tag)序列测定和生物信息学分析,获得了1个编码富含甘氨酸蛋白(glycine-rich protein,GRP)基因的全长cDNA序列,命名为Sc-GRP.生物信息学分析表明,该基因全长518bp,包含一个273bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),5'端非编码区(untranslated region,UTR)长58bp,3’端UTR长187bp,且在3’端UTR中有典型的加尾信号AATAAA和polyA结构.该基因编码长度为90个氨基酸的蛋白,其理论分子量为10.12kD,等电点为5.86.Sc-GRP中甘氨酸含量最高,达到13％,且包含明显的GGX和GX重复结构单元.Sc-GRP没有信号肽和RNA结合位点.定量PCR分析结果表明,该基因在成熟叶片中的表达量远高于其在心叶中的表达量.在甘蔗茎中,随着节间成熟度的增加,其表达量逐渐升高,但在成熟根中几乎没有表达.在铝盐胁迫下,该基因在甘蔗初生根中的表达先是升高,然后随胁迫时间的增加而下降.研究结果提示该基因定位于细胞质,参与细胞的渗透调节,本研究结果为该基因的功能解析及其在甘蔗分子育种上的应用积累了基础资料.     

水稻白叶枯病黄单胞菌中与甘蓝黑腐病黄单胞菌致病因子调控基因(rpf 基因)同源基因的分子克隆

DNA-DNA 杂交结果表明,水稻白叶枯病黄单胞菌总 DNA 中存在着与甘蓝黑腐病黄单胞菌致病因子调控基因(rpf 基因)具有同源性的 DNA 外段.应用广谱性寄主载体pLAFRI,在大肠杆菌中建立了水稻白叶枯病黄单胞菌野生型菌株 T3000的基因文库.从文库中筛选到与 rpf 基因具有同源性的克隆 pGXN3000,将重组质粒 pGXN3000通过三亲本接合转入甘蓝黑腐病黄单胞菌 rpf 基因突变体,发现 pGXN3000能互补甘蓝黑腐病黄单胞菌 rpf突变体,恢复其致病性胞外酶和胞外多糖的产生及致病性.转座子 Tn5诱变,缺失分析及DNA-DNA 杂交实验结果表明,重组质粒 pGXN3000中确实含有与甘蓝黑腐病黄单胞菌编码。双组份调控系统”蛋白的 rpfC 基因功能相同的基因,此基因被定位于 pGXN3000中的3kb BamHl 片段中。     

肉鸡IFN-alpha基因的克隆、序列分析以及在大肠杆菌中的表达

干扰素（ＩＦＮ）是一种具有广谱抗病毒、抗肿瘤以及免疫调节等活性的细胞因子。本研究通过ＰＣＲ从ＡＡ肉鸡基因组ＤＮＡ中克隆了ＩＦＮ－α（ＣｈＩＦＮ－α）基因,测序分析,并将该基因与表达载体ｐＱＥ３０相连,构建重组表达质粒ｐＱＥ３０／ＣｈＩＦＮ－α,以ＩＰＴＧ诱导在Ｍ１５中进行表达。测序结果表明ＣｈＩＦＮ－α的开放阅读框（ＯＲＦ）是由４８６个核苷酸编码的,成熟蛋白为１６２个氨基酸,有４个糖基化位点,推测     

水稻草矮病毒基因组vRNA3 NS3基因的克隆、序列分析及原核表达

摘要: 根据RGSV(rice grassy stunt virus )-IR分离物的RNA3序列设计引物，采用RT-PCR技术扩增出RGSV-SX分离物的NS3基因，并进行序列测定及原核表达。结果表明，NS3基因由588个核苷酸组成，编码22.9 kD蛋白。构建了可在E. coli DH5α中表达的质粒pGTNS3，经IPTG诱导，SDS-PAGE分离纯化得到分子量为49.0 kD的GST-NS3融合蛋白，并制备抗血清。应用Western blot 分析寄主水稻(Oryza sativa)和介体昆虫体内NS3基因表达产物，仅在感病水稻植株中检测到NS3蛋白，而在提纯病毒、介体昆虫体内则未检测到。     

甘蔗锌指蛋白基因的克隆和表达分析

在对甘蔗(Saccharum officinarum)叶片全长cDNA文库测序的基础上,获得1个编码锌指蛋白基因的全长cDNA序列,命名为Sc-zf.生物信息学分析表明,该基因全长1 189 bp,编码171个氨基酸,具有zf-A20和zf-AN1两个锌指结构域;构建了包含Sc-zf开放读码框的原核表达载体,经IPTG诱导,目的基因原核表达产物大小约为18.3 kD;经定量PCR技术分析,该基因在黑穗病菌(Ustilago scitaminea)、水杨酸(SA)、H2O2、NaCl和PEG胁迫下表达特性不同,受到黑穗病菌和NaCl的诱导,PEG的抑制,但也受SA和H2O2的影响.     

马铃薯Y病毒HC-Pro基因的克隆、序列分析以及原核表达

本研究以马铃薯Ｙ病毒中国株系（ＰＶＹ－Ｃ） ＲＮＡ为模板,通过ＲＴ－ＰＣＲ克隆了ＰＶＹ－Ｃ ＨＣ－Ｐｒｏ基因,并对其进行了序列分析,测序结果表明ＰＶＹ－ＣＨＣ－Ｐｒｏ基因全长为１３６８ｎｔ,编码一个含４５６个氨基酸的蛋白。它与ＰＶＹ其它株系的同源性高于与马铃薯Ｙ病毒属其它种病毒的同源性,与所报道的ＰＶＹｎ株系的碱基及氨基酸序列同源性均为９６％,推测ＰＶＹ－Ｃ可能是ＰＶＹｎ株系或它的一个近缘株系。Ｓ     

猫白介素-18基因的克隆、序列分析及其表达

用猫白介素18(interleukin,IL-18)基因特异性引物对刀豆蛋白(ConA)刺激后猫外周血单核细胞(PBMCf)总RNA进行了RT-PCR扩增,并将扩增产物纯化后克隆入pMD18-T中进行核苷酸序列测定。结果该基因全长579bp,编码192个氨基酸(GenBank登录号:DQ100372)。在推导的猫IL-18氨基酸序列中,无信号肽序列和潜在的N-联糖基化位点,但存在4个Cys残基。与不同物种IL-18相比,猫IL-18与犬、羊、牛和猪IL-18核苷酸序列有较高的同源性,分别为89.8%、88.6%、88.4%和88.1%,但与小鼠和鸡IL-18有明显的种属差异。将目的基因片段进一步亚克隆到大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pET28a中构建了重组质粒pETIL-18,转化大肠杆菌BL21(DE3),并用IPTG诱导。结果重组菌菌体裂解物经SDS-PAGE电泳可检测到分子量为27.5kD的重组目的蛋白。经凝胶薄层扫描,目的蛋白表达量可占菌体蛋白的13.6%。     

家蚕多聚泛素基因的电子克隆、序列分析及表达谱预测

具选择性蛋白质降解功能的泛素在昆虫生长发育过程中起着重要的调控作用。本研究采用电子克隆的方法钓取家蚕基因组中多聚泛素基因序列,命名为Bm-polyUB（GenBank登录号：AADK01019318）,并进行序列分析和电子表达谱预测。序列分析表明,该编码区长3426bp,编码1141个氨基酸残基的15聚体,预测分子量和等电点分别为127.97kD和7.33,二级结构中α-螺旋、延伸带、β-转角和无规则卷曲各占17.09%、32.78%、14.37%和35.76%,亚细胞定位于细胞质、细胞核和线粒体各占43.5%、34.8%和21.7%,无前导肽、信号肽和跨膜区;多重序列比对显示,15个泛素单体基因序列间同源性和遗传距离分别介于89.0%～100.0%和0.000～0.120,其中Bm-UB3与Bm-UB10、Bm-UB5与Bm-UB7及Bm-UB10与Bm-UB14的序列相同;遗传多样性分析可见,共检出33个多态性位点,共生成12个单倍型,单倍型多样性（Hd=0.962）、平均核苷酸差异数（K=7.495）、核苷酸多样性（Pi=0.03287）、密码子有效值（ENC=41.623〈61）、偏爱指标（CBI=0.496〉0）和χ2检验计算（χ2=0.713）显示泛素单体间遗传多样性较丰富且呈现较强的密码子偏爱性;电子表达谱预测结果表明Bm-polyUB基因在家蚕中高表达的组织和发育阶段所占比例显著高于低表达。本文的研究结果可为进一步开展该基因进化机制、表达特性和生理功能等方面的实验研究提供基础资料。     

早酥梨病程相关基因非表达子1基因（NPR1）克隆及原核表达

本研究以成年早酥梨(Pyrus bretschneideri cv.Zaosu)叶片为材料,通过RT-PCR克隆早酥梨病程相关基因非表达子1基因(NPR1)并获得其全长序列1771 bp,开放阅读框为1761 bp,编码586个氨基酸(GenBank登录号:FJ769372).利用NCBI/Blastp和ClustalX软件进行相似性分析表明,目的基因编码蛋白质序列与日本梨(p.pyrifolia)、秋子梨(P.ussuriensis)、苹果(Malus xdomestica)、烟草(Nicotiana tabacum)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的NPR1蛋白相似性分别为99%、98%、98%、67%和59%.将其连接pGEX-4T-1原核表达载体并转化大肠杆菌(EScherichia coli)BL21,经IPTG诱导表达获得大小约为91 kD的目的融合蛋白,融合蛋白主要以包涵体形式表达,表达量约占总蛋白17%.     

不同栽培法和收割期对甘蔗单产及含糖量影响的分析

本研究利用1975～2008年33年间日本南大东岛甘蔗生产数据, 分析了甘蔗栽培方法[新苗种植(包括夏植和春植)、宿根]和收割时期对其产量、品质和经济性的影响.结果表明, 不同栽培法甘蔗多年平均产量依次为夏植>宿根>春植; 新植甘蔗的种植期越早产量越高; 宿根甘蔗产量与前茬甘蔗的收割期呈二次函数曲线关系, 前茬甘蔗收割过早或过迟均对宿根甘蔗生长不利; 宿根甘蔗产量随宿根次数增加呈下降趋势; 宿根甘蔗含糖量通常高于新植甘蔗, 且不同栽培法下3月下旬前收获的甘蔗含糖量随收割期后延而逐渐增加.在此基础上, 建立了依据栽培方法、收割时期预测甘蔗单产和含糖量的数学模型, 模型对我国甘蔗种植业具有理论和实际的参考价值.