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。     

蔗糖水解酶注释基因XC0805与野油菜黄单胞菌8004菌株的蔗糖利用及致病相关

 野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是造成十字花科植物减产的重要病原菌,其通过水孔或伤口进入植物体内并在维管束中快速繁殖。光合产物(蔗糖)的运输主要依靠植物维管组织,同时蔗糖也是维管组织重要的能量来源。本研究利用生物信息学和遗传学等方法对Xcc中参与蔗糖利用的基因进行了分析,并研究了这些基因与其致病力的关系。Xcc 8004菌株中注释的参与蔗糖分解蛋白的编码基因有XC1002、XC1642、 XC1645和XC0805。 XC1002和XC1642的编码产物属于糖苷水解酶GH97蛋白超家族,而XC1645和XC0805的编码产物则属于GH13家族。突变分析发现除XC0805外,其他3个都不影响Xcc的蔗糖利用能力。接种实验表明,XC0805参与Xcc的侵染或在植物体内的生长,其他3个不参与致病过程。另外,Xcc 8004中预测参与蔗糖转运的基因(XC0806和XC0807)突变并不影响细菌的蔗糖利用和致病力,表明其可能存在其他的蔗糖转运通路。上述结果说明XC0805可能是Xcc 8004主要的蔗糖水解酶基因,且在致病中起重要作用。     

蔗糖水解酶注释基因XC0805与野油菜黄单胞菌8004菌株的蔗糖利用及致病相关

 野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是造成十字花科植物减产的重要病原菌,其通过水孔或伤口进入植物体内并在维管束中快速繁殖。光合产物(蔗糖)的运输主要依靠植物维管组织,同时蔗糖也是维管组织重要的能量来源。本研究利用生物信息学和遗传学等方法对Xcc中参与蔗糖利用的基因进行了分析,并研究了这些基因与其致病力的关系。Xcc 8004菌株中注释的参与蔗糖分解蛋白的编码基因有XC1002、XC1642、 XC1645和XC0805。 XC1002和XC1642的编码产物属于糖苷水解酶GH97蛋白超家族,而XC1645和XC0805的编码产物则属于GH13家族。突变分析发现除XC0805外,其他3个都不影响Xcc的蔗糖利用能力。接种实验表明,XC0805参与Xcc的侵染或在植物体内的生长,其他3个不参与致病过程。另外,Xcc 8004中预测参与蔗糖转运的基因(XC0806和XC0807)突变并不影响细菌的蔗糖利用和致病力,表明其可能存在其他的蔗糖转运通路。上述结果说明XC0805可能是Xcc 8004主要的蔗糖水解酶基因,且在致病中起重要作用。     

3种检疫性黄单胞菌的基因芯片检测

本研究建立了基因芯片检测我国检疫性细菌水稻白叶枯病菌、水稻细菌性条斑病菌和柑桔溃疡病菌。以RNA多聚酶西格玛因子(RNA polymerase sigma factor,rpoD)基因为靶标,设计了一对通用引物和3条特异性探针能够同时检测这3种重要的病原菌。检测结果表明:建立的基因芯片检测方法特异性强,能实现上述3种黄单胞菌的准确检测,为植物致病菌的检测提供了理想手段,有良好的应用前景。     

黄素依赖型溴化酶XanJ参与黄单胞菌菌黄素的生物合成

黄单胞菌属病原菌能侵染约400种植物，造成严重的经济损失。黄单胞菌的一个重要特征是产生具有保护功能的菌黄素。菌黄素是一类含有两个溴修饰的芳香多烯类磷脂化合物，但负责溴修饰的基因及其溴化机理还不清楚。本研究以野油菜黄单胞菌XC1菌株和稻黄单胞菌PXO99^A菌株菌黄素生物合成基因簇中的xanJ为研究对象，开展了生物信息学、遗传学、生物化学和病理学等方面的探究，初步阐明了xanJ的生物学功能。XanJ含有一个FAD结合结构域或一个色氨酸卤化酶结构域，拥有高度保守基序GXGXXG和WXWXIP,属于一类FAD依赖型卤化酶；xanJ敲除突变体无法合成双溴菌黄素，但仍能合成少量无溴化修饰的菌黄素；xanJ突变体中菌黄素前体3-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲酸无积累；在xanJ突变体中过表达已知的酚类卤化酶基因ab10、bmp5、aerJ和mcnD无法恢复双溴菌黄素的生物合成；敲除xanJ不影响病原菌的胞外纤维素酶﹑胞外蛋白酶和胞外多糖的生物合成，也不影响对甘蓝的致病性。因此，XanJ可能负责菌黄素多烯链上β-碳原子的溴化，并参与菌黄素生物合成过程中的多烯链延伸。     

两种植物病原黄单胞菌基因组中同义密码子使用的分析

 根据已释放的基因组序列,对野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv. campestris,Xcc)和地毯草黄单胞菌柑桔致病变种(X. axonopodis pv. citri,Xac)的密码子使用进行了分析。相对同义密码子使用值(relative synonymous codon usage,RSCU)的计算表明,它们具有高度相似的密码子使用模式。2个基因组密码子第3位的GC含量(GC3s)平均达0.806±0.077(Xcc)和0.791±0.075(Xac),倾向于使用GC含量较高的密码子。对有效密码子数量和密码子适应指数的分析表明,Xcc与Xac基因组中,高表达基因具有较高的GC含量,倾向于使用少数种类的密码子,而低表达基因具有较高的AT含量,倾向于随机地使用密码子。对密码子使用绝对次数进行的对应分析也证明了上述结论。同时,计算也证明了基因在基因组中的位置不影响密码子使用的模式。因此,基因组的GC含量、基因的表达水平和基因的种类与起源是影响这2个基因组密码子使用的主要因素。     

植物水通道蛋白结构与功能及其识别与转导水稻黄单胞菌Hpa1信号的机制

 植物水通道蛋白PIP不仅担负细胞间或细胞内外水分子输导的基本功能,还参与植物-微生物互作与植物防卫反应,这种双重功能的调控机制目前还不清楚。水稻OsPIP1;2和拟南芥AtPIP1;4可以与水稻黄单胞III型泌出蛋白Hpa1互作,Hpa1定位于植物细胞的质外体,诱导过氧化氢在质外体产生及向原生质转运,进而影响植物防卫反应与对病原细菌的抗性。根据植物水通道蛋白拓扑结构与病原细菌Ⅲ型分泌系统工作模型,水稻OsPIP1;2与Hpa1互作的功能域是互作发生的分子基础。互作引发信号转导,调控过氧化氢信号从植物细胞的质外体向原生质转运与植物防卫反应。由于Hpa1对Ⅲ效应蛋白来说具有转位子的功能特征,OsPIP1;2-Hpa1还可能对水稻黄单胞菌Ⅲ型效应蛋白从细菌细胞向植物细胞转运发生调控作用。围绕这些设想进行研究,可以深入阐释水稻-黄单胞菌互作机制,同时为植物水通道蛋白功能调控提供新的见解。     

7种检疫性植物病原黄单胞菌III型分泌系统和效应蛋白编码基因的差异性分析

 γ-变形菌纲(γ-Proteobacteria)的黄单胞菌属(Xanthomonas)的大多数种类可引起植物病害,多数是我国检疫对象。与其他革兰氏阴性植物病原细菌一样,植物病原黄单胞菌可通过高度保守的III型分泌系统(type-III secretion system, T3SS)分泌效应蛋白(T3SS-secreted effectors, T3SEs)进入植物细胞,在非寄主植物和抗病寄主植物上产生过敏反应(hypersensitive response, HR)以及在感病寄主植物上具有致病性。尚不清楚哪些种类的黄单胞菌具有T3SS和缺少哪些T3SE是否可作为检疫的依据。搜集7种检疫性植物病原黄单胞菌,通过PCR和Southern杂交试验结果发现:香蕉细菌性青枯病菌(X. campestris pv. musacearum)的ICMP287和ATCC49084菌株、甘蔗流胶病菌(X. axonopodis pv. vasculorum)ATCC13901菌株、洋葱细菌性叶枯病菌(X. axonopodis pv. allii)的LMG576和LMG578菌株中不含有tale基因,并且ATCC13901菌株既不含有T3SS基因也不含有hpa1和xopQ基因;菜豆细菌性疫病菌(X. campestris pv. phaseoli)ATCC49119菌株不含有hpa1基因。相应地,推测含有2~12个tale基因的黄单胞菌有:大豆斑疹病菌(X. axonopodis pv. glycines)ICMP5732和ATCC43911菌株、豌豆细菌性疫病菌(X. axonopodis pv. vignicola)ATCC11648菌株、棉花细菌性角斑病菌(X. campestris pv. malvacearum)ATCC12131和(X. campestris pv. phaseoli)ATCC49119菌株。大豆细菌性斑疹病菌ATCC43911菌株尽管含有hpa1、xopQ和hrcC基因,但在非寄主烟草上不能激发HR反应;而甘蔗流胶病菌ATCC13901菌株不含有hpa1、xopQ和hrcC基因,却激发烟草产生HR反应。这些结果对于分析比较不同植物病原黄单胞菌的致病性因子和设计特定的植物检疫靶点提供了科学线索。     

植物病原菌黄单胞菌的分类研究进展

黄单胞菌是一类重要的植物病原细菌。由于其经济重要性,对该属细菌进行了大量的研究,方法包括DNA杂交、基于代表性序列的多聚酶链式反应技术和扩增片段长度多态性(AFLP)基因组指纹图谱技术等。本文主要介绍了黄单胞菌属的分类研究进展。     

白条黄单胞菌侵染对蔗叶和蔗茎组织超微结构的影响

本研究利用普通光学显微镜、透射电镜和扫描电镜观察白条黄单胞菌[Xanthomonas albilineans(Ashby) Dowson]侵染后菌体定殖及对甘蔗叶片和蔗茎组织超微结构的影响。结果表明,白条黄单胞菌侵染后叶片的薄壁组织细胞膜裂解,木质部生长受到抑制。叶绿体形状多近圆形,基质片层解体,被膜破坏呈松弛状态,出现大量的原生质膜。扫描电镜可见白条黄单胞菌存在于各个叶肉细胞中,同时在维管束中也发现菌体定殖,特别是木质部导管。蔗茎的维管束被白条黄单胞菌堵塞,使得蔗茎木质化、木栓化严重。本研究有助于理解白条黄单胞菌对甘蔗叶片和蔗茎细胞内细胞器损伤的形态破坏,为白条病防治提供超微形态学依据。     

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。     

hrp基因关键调控因子HrpG在水稻白叶枯病菌和条斑病菌中的交叉互补性研究

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)和条斑病菌(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)在非寄主烟草上产生过敏反应(HR)和在寄主水稻上具有致病性,是由hrp致病岛决定的,其中HrpG为关键调控因子。Xoo和Xoc侵染水稻途径和在水稻上产生病害症状的不同,是否与hrpG基因有关,还不清楚。本研究利用反向遗传学方法获得了Xoo和Xoc的hrpG突变体PΔhrpG和RΔhrpG,并用hrpG_Xoo基因和hrpG_Xoc基因分别互补上述2个突变体,获得了相应的互补菌株。致病性测定结果显示,PΔhrpG和RΔhrpG突变体丧失了在水稻上的致病性和在非寄主烟草上产生HR的能力,而hrpG_Xoo基因和hrpG_Xoc基因可分别互补上述突变体至野生型水平。利用GUS报告基因检测基因启动子活性发现,hrpG_Xoo和hrpG_Xoc的启动子活性没有显著差别;RT-PCR和Western杂交结果显示,hrpG基因交叉互补菌株中HrpG调控的下游基因hrpX、hpaR、hrcT、hpa2和hrpD6的表达没有差异,且III型分泌系统分泌蛋白Hpa2的分泌性没有受到影响。这些结果表明,稻黄单胞菌hrpG基因可在Xoo和Xoc中交叉互置,位于其上游和下游的调控途径可能相似,而决定Xoo和Xoc在水稻上的侵染途径以及所致病害症状差异可能与hrpG基因位点无关。     

水稻白叶枯病菌在离体培养条件下生物膜形成的检测

分析了不同培养和测试条件(塑料和玻璃表面、培养时间、培养温度和培养基)对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)生物膜形成的影响,并测定了不同地区来源的Xoo野生型菌株、基因缺失突变体的生物膜形成。结果表明,在聚苯乙烯表面生长、用M210培养基在23 ℃下静止培养24 h是Xoo生物膜形成比较适宜的条件;不同地区来源的菌株生物膜形成能力不同;鞭毛相关基因fleQxoo、fliExoo和rbfCxoo以及H2O2降解调控基因oxyRxoo的缺失突变均影响生物膜形成。     

云南水稻白叶枯病菌生理小种初析

从云南省 5个地州14个县市的水稻白叶枯病标本中分离水稻白叶枯病菌菌株 ,选择具有区域代表性的菌株 5 1株 ,利用已知抗病基因的近等基因系 ,在孕穗期应用剪叶法接种明确其生理小种。鉴定结果表明 ,云南省水稻白叶枯病菌小种复杂多样 ,共有 14种类型 ,暂定为YN1～YN14 ,优势生理小种为YN3、YN8、YN11,其中YN3分布在红河、德宏等 4个县市 ;YN8小种分布在大理等地区 ,小种的分布可能受地理区域的影响     

木质部次生细胞壁增厚参与疣粒野生稻对黄单胞杆菌水稻变种的抗性

 黄单胞杆菌水稻变种（Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo）引起的水稻白叶枯病是一个世界性的严重病害。疣粒野生稻（Oryzae meyeriana）对Xoo具有高度抗性,但其抗性机制仍不清楚。本文以抗病的疣粒野生稻和感病的水稻品种大粒香为材料,研究了Xoo侵染对叶片病斑、叶绿体超微结构、光合系统活性和木质部超微结构的影响。结果表明,多种Xoo生理小种导致的疣粒野生稻叶片病斑长度都明显短于大粒香叶片的病斑长度。Xoo病菌侵染显著破坏了大粒香的叶绿体结构,明显抑制了其光合活性,而疣粒野生稻中的变化要轻得多。通过电镜切片,发现疣粒野生稻叶片导管内存在大量的Xoo病菌,这表明Xoo能够侵染疣粒野生稻且能够在叶片内增殖。病菌的侵染诱导了疣粒野生稻木质部次生细胞壁的增厚,抑制了病菌通过导管纹孔向邻近细胞的进一步侵染,这种反应可能参与了疣粒野生稻对Xoo的抗性。     

水稻白叶枯病菌单细胞系毒力分化研究

 以稀释倒平板法从0型菌086和IV型菌967-4和9620中分离到59个单细胞系;在12个近等基因系品种上,086和其单细胞系表现为弱毒力,2个IV型菌及其单细胞系能克服抗病基因Xa-1、2、3、8、10、11、14的抗性,不能克服Xa-21、4、5、7、13的抗性;带主效抗病基因的品种Asominori、XM5、M41、XM6和丰锦能把3个母株的59个单细胞系区分为12种数量差异或质量差异的不同致病型;将此5品种与近等基因系配合,适合作为病菌致病基因变异频度监测的寄主;采用"段叶沙培,切口取菌胶"法分离病菌,在中国致病型鉴定品种上划分的致病型,是田间病菌群体毒力结构的表型反应。     

中生菌素对水稻白叶枯病的防治机制

对不同白叶枯病抗性水稻品种用200μg/ml中生菌素55℃温汤药液浸种，自然降温，秧田3—4叶期和移栽前5d各用30μg/ml中生菌素处理后，于成株期剪叶接种白叶枯病菌。结果表明中生菌素前期处理，于成株期接种白叶枯病菌时，高抗、中等抗性和感病品种中过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶和多酚氧化酶3种酶活性都有不同程度的提高，且以中等抗性品种酶活提高最多，接种24和48h，3种酶活性较清水对照分别增加26．92％、26．74％、24．06％和7．09％、1．31％、1．60％。盆栽试验表明，中生菌素对中抗品种的防治效果最好，达58．4％。说明中生菌素对水稻防御酶活性的诱激作用是其防治白叶枯病的机制之一。     

Growth of Glucose-uptake-deficient Mutant of Xanthomonas oryzae pv. oryzae in Rice Leaves

We isolated Xanthomonas oryzae pv. oryzae mutants deficient in the phosphoenolpyruvate : carbohydrate phos-photransferase system, a major glucose transport system in bacteria, using the glucose analogue 3-deoxy-3-fluoro-d-glucose (3FG). Glucose uptake by the mutants was decreased to 15–35% of the parental strain, and growth greatly decreased in synthetic media containing glucose as a sole sugar source. Growth of the mutants in rice leaves was, however, similar to the wild type. These findings suggest that glucose is not necessarily a major carbohydrate source for X. o. pv. oryzae in rice leaves. Received 11 August 2000/ Accepted in revised form 15 December 2000