小麦条锈菌细胞质效应子Hasp8抑制植物基础免疫

为明确小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici效应子Hasp8的功能,以小麦条锈菌CYR31侵染水源11小麦叶片的cDNA为模板,通过PCR技术扩增获得Hasp8基因的完整编码区序列,采用qRTPCR技术测定Hasp8基因的表达情况,利用农杆菌介导马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)瞬时表达体系在烟草上验证Hasp8基因是否能够抑制由Bax蛋白诱导的细胞坏死,将Hasp8基因构建到pCAMBIA1302载体用于在烟草上瞬时表达Hasp8进行亚细胞定位以明确该效应蛋白的作用空间;并将Hasp8基因构建到p EDV6载体上用于荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens介导的瞬时表达系统以明确该效应蛋白是否能够抑制病原相关分子模式引发的免疫反应和效应蛋白诱导的免疫反应。结果表明,Hasp8基因编码117个氨基酸,N端含22 aa的信号肽;qRT-PCR结果显示,Hasp8基因在小麦条锈菌CYR31侵染小麦水源11的早期上调表达。烟草瞬时表达Hasp8基因能够抑制由Bax诱导的细胞坏死;烟草上亚细胞定位发现效应子Hasp8...     

植物寄生线虫效应子研究进展

植物寄生线虫是一类专性活体营养寄生物,在植物根部维管束细胞附近诱导形成取食位点,与植物形成稳定的寄生关系,严重影响植物的生长发育,最终导致植物大幅度减产,甚至绝收。为长期、有效地防控植物寄生线虫,对线虫寄生、致病机制及其与植物的相互作用模式进行研究显得尤为重要。效应子在线虫整个寄生阶段中起着关键作用。近些年,线虫效应子的鉴定、功能、线虫效应子与植物相互作用模式等方面的研究取得了重要进展。本文主要针对病原物与寄主植物的相互作用模型、植物寄生线虫效应子鉴定、功能及线虫效应子与寄主植物的相互作用等方面的研究进展进行简单概述。     

条锈菌效应子Pst30抑制植物的胼胝质和活性氧积累

 条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst)导致的小麦条锈病严重威胁着我国的小麦生产安全。解析病菌的致病机理,对开发病害防控技术与策略具有重要的指导意义。研究发现效应子是病菌重要的致病因子,揭示效应子调控寄主免疫机制可加深对病菌的认知。本课题组前期在全基因组筛选条锈菌效应子中获得了一个候选效应子基因Pst30,该基因所编码的蛋白N-端含有分泌肽,无明显功能结构域。qRT-PCR分析显示Pst30在条锈菌侵染小麦后12 h诱导表达,72 h诱导表达至高峰。利用农杆菌侵染在烟草中瞬时表达Pst30^ΔSP-GFP融合蛋白,发现Pst30^ΔSP定位在细胞质。在烟草中瞬时表达该效应子能够显著抑制Bax诱导的细胞坏死。利用细菌的Ⅲ型分泌系统在小麦中瞬时表达Pst30,能够抑制荧光假单胞杆菌引起的胼胝质积累,导致由无毒性条锈菌小种CYR23引起的小麦过敏性坏死面积和活性氧积累减少,菌丝面积和长度增加。推测小麦条锈菌效应子Pst30可抑制寄主植物的PTI(PAMP-triggered immunity, PTI)和ETI(Effectors-triggered immunity, ETI),促进自身的侵染。     

小麦与小麦秆锈菌互作及非亲和机制研究

 本论文选用以中国春(Chinese Spring)为背景的小麦抗秆锈病近等基因系,与我国小麦秆锈菌3个主要生理小种,组成完全非亲和性互作ISr5-Ra/21C₃ CKR (Sr5/P5,侵染型0)、高度非亲和性互作ISr11-Ra/34M KG (Sr11/P11,侵染型0)及中度非亲和性互作ISr6-Ra/34C₂ M FR (Sr6/P6,侵染型1,2),对各类型互作对秆锈菌生长发育的影响、互作中重要酶系活性及同功酶组成、重要生化组分含量变化规律及它们在互作中的可能作用进行了研究。并比较了所用小麦近等基因系及秆锈菌致病型间可溶性蛋白含量和种类、重要酶系活性和同功酶组成的差异,对基因组DN A限制性片段长度多态性进行了研究。     

青海云杉响应锈菌侵染转录组分析

为探究锈菌与青海云杉之间的互作机制,利用Illumina测序平台对青海云杉健康植株和发病植株进行转录组测序,以差异倍数(FC)≥2且错误发现率(FDR)<0.01为标准,共获得15408个差异表达基因,有10296个差异基因上调,5112个差异基因下调。GO注释中,DEGs显著富集到代谢过程、细胞过程、催化活性和结合等过程。KEGG注释中,DEGs显著富集到核糖体、植物与病原互作、内质网蛋白加工、信号转导等过程,通过分析相关通路发现,青海云杉响应锈菌侵染的分子机制受多基因网络系统的调控。为验证RNA-seq数据的可靠性,对10个DEGs进行RT-qPCR表达量检测,验证结果为,RT-qPCR和RNA-seq测得的基因表达趋势基本一致。这有助于深入研究候选基因在青海云杉响应锈菌侵染中的作用,同时也为开展青海云杉抗病功能基因组学研究奠定基础。     

植物病原细菌Ⅲ型效应子的双向作用

病原细菌Ⅲ型效应子对寄主植物防卫反应的抑制和诱导决定了互作中植物抗(感)病性状。本文概述了植物病原菌Ⅲ型效应子抑制和诱导寄主植物防卫反应的双向作用,所涉及的抑制和诱导作用主要包括植物过敏反应、植物细胞壁介导的防卫反应以及植物抗病信号介导的抗性反应等。本文还对植物病原菌Ⅲ型效应子双向作用的研究和应用进行了展望。     

小麦锈菌蛋白激酶基因家族的鉴定与生物信息学分析

为深入分析锈菌结构基因组,阐明锈菌毒性变异的分子机制,本研究通过生物信息分析方法,对3种小麦锈菌蛋白激酶(protein kinases,PKs)超家族预测基因进行了系统分析,利用COG(clusters of orthologous groups of proteins)、KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)、GO(gene ontology)和PHI(pathogen-host interactions)数据库进行注释分析,并对小麦锈菌MAPK基因的蛋白质互作网络进行预测。结果表明,条锈菌Puccinia striiformis、叶锈菌P.triticina和秆锈菌P.graminis的PKs基因数量分别为221、159和159个,不同PKs基因家族类型在3种锈菌中的数量分布上表现出很高的保守性。注释分析表明,PKs家族预测功能涉及病原菌生长发育中的调控作用和病原菌-寄主互作机制,包括信号传导和致病因子等。PKs家族核心基因数目在蛋白激酶基因中占比大于1/3。MAPK基因的催化结构域序列呈现高度相似性。以STRING数据库的酿酒酵母蛋白质互作网络信息为参考,对小麦锈菌MAPK基因的蛋白质互作网络进行预测,共鉴定出25个互作关系,包含29个MAPK基因。研究表明这3种锈菌之间MAPK互作蛋白质分布不均衡,这可能反映了锈菌基因组进化的特殊复杂性。     

多堆柄锈菌侵染玉米的细胞学及超微结构特征

为明确玉米对多堆柄锈菌Puccinia polysora侵染后病理反应的细胞学特征,利用扫描和透射电镜技术分析了玉米自交系与多堆柄锈菌互作中二者的细胞变化过程。多堆柄锈菌对玉米的侵染主要以直接穿透叶片表皮侵入为主,少量可从气孔和细胞间隙侵入。接种后,病菌夏孢子在感病自交系叶片上快速并大量萌发,在叶表生长蔓延并侵入表皮组织细胞,7 d后形成夏孢子堆;在抗病自交系上,病菌萌发、菌丝生长均受到明显抑制,少量入侵的病菌也由于寄主细胞死亡而导致菌丝和夏孢子干瘪死亡。侵染早期在感病寄主细胞间隙出现菌丝并穿透细胞壁,在胞内产生分枝菌丝,此时寄主细胞结构正常;随着菌丝进一步扩展,叶绿体等结构发生紊乱,被侵染细胞逐渐死亡。在抗病自交系上,接菌24 h后寄主即出现过敏性坏死反应,侵入位点与周围细胞快速坏死,抑制菌丝生长蔓延;叶绿体中清晰可见深色颗粒状物质;72 h后细胞壁外侧产生大量致密的深色结晶体,应为与抗病反应相关的酚类物质。表明抗多堆柄锈菌的玉米材料可能存在2种抗病途径,即寄主与病菌互作中由分子识别引起的免疫反应和病菌侵入后的系统防卫反应。     

多堆柄锈菌侵染不同抗性玉米的组织病理学研究

［目的］ 了解不同抗感玉米自交系对南方锈病的组织病理学反应,为今后筛选不同类型抗病自交系提供参考。［方法］ 采用曲利苯蓝透明染色法,以4个玉米自交系为材料,研究了玉米南方锈病致病菌—多堆柄锈菌在不同抗性材料上侵染过程的组织学特征。［结果］ 多堆柄锈菌侵入和定殖可以分为5个阶段：孢子萌发与芽管形成、附着胞形成、侵入细胞、胞内吸器产生、菌丝在细胞间扩展。在不同抗性的玉米材料上,病菌孢子萌发和芽管形成差别不明显,但侵入后病菌在不同抗性材料内的发育进程和发育程度具有显著差异。在抗病玉米材料上,病菌初生菌丝、吸器母细胞、次生菌丝的形成时间推迟,胞内吸器少,菌丝分枝少,菌丝生长缓慢。［结论］ 这些抗性特征与田间表现出的细胞过敏性坏死、叶片上夏孢子堆少的特征具有一致性。     

植物生长过程中水分、氮素、光照的互作效应

在综述前人研究成果的基础上，讨论了水分、氮素、光照在植物生长中的作用，认为其主要体现在对植物光合作用的影响上，并着重分析了水分、氮素、光照三因素中任两因素互作对植物生长的影响。     

植物病原真菌对杀菌剂抗性的研究进展

科学施用杀菌剂是植物病害综合治理的重要措施之一, 然而由于杀菌剂的长期使用, 病菌抗药性问题逐渐加重, 严重影响药剂的防治效果和使用寿命。近年来, 随着分子生物学技术的快速发展, 人们对杀菌剂抗性机制有了更深入的理解, 并开发出了病菌抗药基因型快速检测的方法。本文总结了植物病原真菌对苯并咪唑类杀菌剂(BZD)、肌球蛋白合成抑制剂、甾醇脱甲基抑制剂(DMI)、QoI类抑制剂、琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI）和二甲酰亚胺类杀菌剂(DC)的抗药性现状与抗性机制。在此基础上, 介绍了聚合酶链反应(PCR)、限制性片段长度多态性(RFLP)、等位基因特异性PCR和环介导等温扩增(LAMP)技术在杀菌剂抗性快速检测方面的研究进展。此外, 对抗药性治理对策进行了讨论和展望。     

我国玉米南方锈病研究进展

玉米南方锈病是我国玉米的重要病害之一。近年来已成为玉米生产上的严重生物灾害,全国常年发生面积在667万hm2左右,造成了严重的产量和经济损失,如何有效防控已成为亟待解决的生产问题。该文综述了我国玉米南方锈病的发生危害情况、分布、发生流行和传播规律、研究热点及存在的问题等,以期为该病害的研究和有效防控提供参考。     

甘蔗锈病研究进展

甘蔗锈病是甘蔗上的重要病害之一,近年来在我国的为害有逐年扩大和加重的趋势。为此,综述了甘蔗锈病的分布与为害、症状类型与特点、病原种类与特征及其系统发育学、病害发生规律、预测预报及综合防治方面的最新研究进展,并提出了今后研究的方向。     

Detecting myrtle rust (Austropuccinia psidii) on lemon myrtle trees using spectral signatures and machine learning

Hundreds of species in one of Australia's dominant plant families, the Myrtaceae, are at risk from the invasive pathogenic fungus Austropuccinia psidii. Since its arrival in Australia in 2010, native plant communities have been severely affected, with highly susceptible species likely to become extinct from recurring infections. While severe impact on Australian native and plantation forestry has been predicted, the lemon myrtle industry is already under threat. Commercial cultivars of lemon myrtle (Backhousia citriodora) are highly susceptible to A. psidii. Detecting and monitoring disease outbreaks is currently only possible by eye, which is costly and subject to human bias. This study aims at developing a proof‐of‐concept for automated, non‐biased classification of healthy (naïve), fungicide‐treated and diseased lemon myrtle trees by means of their spectral reflectance signatures. From a lemon myrtle plantation, spectral signatures of fungicide‐treated and untreated leaves were collected using a portable field spectrometer. A third class of spectra, from naïve lemon myrtle leaves that had not been exposed to A. psidii, was collected from a botanical garden. Reflectance spectra in their primary form and their first‐order derivatives were used to train a random forest classifier resulting in an overall accuracy of 78% (kappa = 0.68) for primary spectra and 95% (kappa = 0.92) for first‐order derivative‐transformed spectra. Thus, an optical sensor‐based discrimination, using spectral reflectance signatures of this as yet uninvestigated pathosystem, seems technically feasible. This study provides a foundation for the development of automated, sensor‐based detection and monitoring systems for myrtle rust.     

Susceptibility of invasive taxa of European blackberry to rust disease caused by the uredinial stage of Phragmidium violaceum under field conditions in Australia

European blackberry ( Rubus fruticosus agg.) is an aggregate of closely related taxa, with at least 15 taxa naturalized in Australia. Biological control of this Weed of National Significance, using the nonindigenous rust fungus Phragmidium violaceum , is effective when the weather is conducive to multiple cycles of infection, but some blackberry taxa escape severe disease. Thirty-one taxa of naturalized R. fruticosus agg. from southeastern Australia were isolated, their DNA phenotype determined and clones of each taxon inoculated with P. violaceum isolate SA1. Disease development was monitored for at least four generations of uredinia on large potted plants under field conditions. Although variation in mean disease severity appeared continuous over the range of Rubus clones tested, counts of uredinia and telia enabled identification of eight resistant taxa. Fine scale variation in susceptibility to rust disease was observed when different clones of R. leucostachys with the same DNA phenotype were found to express either resistance or susceptibility to P. violaceum (SA1). There were significant differences among 23 Rubus taxa rated as susceptible to rust disease in the mean number of leaves emerging per latent period of uredinia (LELPU). Mean LELPU appeared to account for some of the variation in two measures of mean disease severity observed among susceptible Rubus clones, although the correlation was insignificant (0·10 <  P  > 0·05).     

芽胞杆菌生物防治作用机理与应用研究进展

芽胞杆菌Bacillus spp.是国际上应用非常普遍的生防细菌,一直是当今土壤微生物学和微生态学研究热点之一。目前,国内外已完成多个芽胞杆菌菌株全基因组测序分析工作。本文从芽胞杆菌的次生代谢与抑菌作用、生物膜与竞争作用、植物-芽胞杆菌-病原菌互作与诱导植物抗性三方面概括性地综述了芽胞杆菌的生防机制。通过芽胞杆菌功能拓展的分子改良,可以提高植物抗病性,并就生防芽胞杆菌剂的商业化生产及在农业上的应用作了探讨。近年来我国学者在芽胞杆菌应用基础研究上取得了丰硕成果,为进一步实现芽胞杆菌的产业化及其应用奠定了坚实的基础。     

中国小麦条锈菌鉴别寄主维尔对条锈病的温敏抗性研究

维尔是中国小麦条锈菌重要鉴别寄主,通过潜育期变温处理对其进行温敏抗性检测和基因推导分析。本研究发现,维尔对小麦条锈菌流行小种条中32号的抗性表现为侵染型由常温下的高侵染型向高温下的低侵染型转变,侵染指数降低,呈现高温诱导抗条锈性;通过与已知的微效基因品系比较及方差分析,推测维尔对条中32号的温敏抗性可能是由2对高温诱导表达的温敏微效基因控制。建议将维尔作为温敏微效基因资源在抗病育种中利用,作为鉴别寄主用于小种鉴定时,要严格控制鉴定温度,不要超过18 ℃。     

Pathotypes of Melampsora rust on Salix in short-rotation forestry plantations

Melampsora epitea , the causal agent of leaf rust on willow ( Salix spp.) in short-rotation forestry, was sampled over four consecutive years (1993–96) in Sweden. The pathotype patterns of 332 single-spore isolates were examined for virulence characteristics using a defined set of willow hosts. Thirty-seven pathotypes of M. epitea were identified and grouped into three formae speciales . No race or morph subdivision was observed among the isolates, other than the three formae speciales . For monitoring and studying the ecological and evolutionary dynamics of virulence for M. epitea , an internationally useful naming system for pathotypes is proposed, with a three-digit code referring to virulence on a specified set of standard test clones.