水稻白叶枯病菌Hpa1Xoo蛋白的结构分析

 在大肠杆菌中表达了水稻白叶枯病菌JxoIII菌株的Hpa1_Xoo(harpin_Xoo)蛋白,通过生物物理和生物化学方法分析了Hpa1_Xoo的结构特征。Hpa1_Xoo粗蛋白能使烟草产生过敏性坏死反应(HR),以及圆二色(CD)光谱具有α-螺旋的典型特征。通过柱层析纯化发现Hpa1_Xoo蛋白存在2种洗脱峰组分A和B,B组分的含量远高于A组分,且二组分都具有HR活性。空间排阻色谱(SEC)和分析超速离心(AUC)结构分析表明组分A是Hpa1_Xoo的二聚体形式,而组分B是Hpa1_Xoo的单体形式。组分A与B均具有α-螺旋的特征CD谱,但存在含量和构象上的差异。生物信息学方法对Hpa1_Xoo二级结构和聚体结构的预测结果与实验测定和分析拟合的结果相一致。另外,预测也发现Hpa1_Xoo存在丰富的固有无序结构区域。     

鞭毛素蛋白FliCxcv对水稻免疫反应的诱导功能鉴定

 为揭示来源于番茄细菌性斑点病菌(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, Xcv)菌株XV18鞭毛素(FliCxcv)作为一种病原相关分子模式(PAMP)诱导水稻免疫反应的功能,本研究对FliCxcv编码基因flicxcv进行了基因克隆、序列分析、原核表达、蛋白纯化和诱导活性测定。结果表明,通过PCR特异性扩增,从Xcv菌株XV18中克隆了1 200 bp的fliCxcv基因片段,其序列与GenBank中己测序菌株的完全一致。在大肠杆菌中对该基因全长、N端和C端截短序列进行了原核表达,并获得了纯化的FliCxcv全长及其截短蛋白。将纯化蛋白浸润接种到水稻品种日本晴叶片组织,发现FliCxcv全长及其截短蛋白均能诱导水稻叶片细胞死亡、H₂O₂产生以及防卫基因(OsPAL和OsPR1b)表达等免疫反应,但诱导活性存在差异。因此,本研究验证了FliCxcv具有激发水稻细胞免疫反应的PAMP功能,为水稻免疫诱导制剂的研发提供了材料。     

HarpinXoo诱发烟草过敏反应早期H2O2变化及有关基因表达

 Harpin_Xoo是水稻黄单胞细菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)产生的蛋白类激发子,用harpin_Xoo注射烟草最早在处理后20h出现肉眼可见的细胞死亡(macro-HR),分别经埃文斯蓝(Evans blue)和台盼兰(Trypan blue)染色观察,发现诱导后4-8h即开始有少量细胞死亡,表明在macro-HR发生前烟草细胞已陆续发生微细胞死亡(micro-HR);对二氨基联苯胺(diamino benzidine,DAB)染色显示,在烟草细胞死亡早期,伴有H₂O₂的明显积累;定量RT-PCR法对H₂O₂代谢相关基因的表达进行了分析,发现harpin_Xoo诱导后1h编码NADPH氧化酶的基因rboh即开始表达,3~7h表达较强,10h开始减弱,表达趋势与H₂O₂积累趋势一致;编码交替氧化酶的基因aoxl表达较迟,sodA基因则在诱导后表达减弱。这些基因的不同表达模式说明,它们在harpin_Xoo诱导的H₂O₂代谢过程中可能具有不同的作用。     

水稻条斑病细菌类Harpin蛋白的纯化与特性研究

 用硫酸铵沉淀、制备等电聚焦电泳、阴离子交换层析等方法从水稻条斑病细菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola,Xooc) RS105菌株突变体M51菌体破碎液中纯化出可激发烟草产生过敏性反应(hypersensitive response,HR)的蛋白类物质,分子量约为25.5 kDa。该物质与梨火疫病菌(Erwinia amylovora))的HarpinEa和水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)的Harpin_Xoo具有相似的生物活性和理化特性:可激发烟草产生典型的HR反应;对热稳定,对蛋白酶K敏感;RNA转录抑制剂放线菌素D、蛋白质合成抑制剂环己酰亚铵和钙离子通道阻断剂氯化镧能够抑制该物质激发烟草产生HR;该物质具有诱导烟草抗TMV的功能。据此,将该物质命名为类Harpin蛋白(Harpin-like protein,HLP_Xooc)。     

OsHsp18.0-CI调控水稻对白叶枯病的抗性

 热激蛋白广泛存在于各种生物中,响应多种生物胁迫和非生物胁迫。前期研究结果显示,在水稻中超量表达小热激蛋白OsHsp18.0-CI基因,能通过增强水稻的基础防卫反应提高对水稻细菌性条斑病的抗性。本研究发现,OsHsp18.0-CI基因也能够受到白叶枯病菌的诱导表达,超量表达OsHsp18.0-CI的转基因水稻也增强了对多个白叶枯病致病菌株的抗性。转录组测序分析发现,OsHsp18.0-CI基因介导的水稻对白叶枯病的抗病信号途径有部分类似于其介导的对细菌性条斑病的抗性路径,同时也有大量新的未知功能基因的参与。以上结果表明,OsHsp18.0-CI基因受到病原菌的侵染时,也能通过增强水稻的基础防卫反应来提高对白叶枯病的抗性。     

稻瘟病菌无毒蛋白AvrPiz-t半胱氨酸残基的功能分析

 稻瘟病菌无毒基因AvrPiz-t编码了一个包含108个氨基酸的未知功能的预测分泌蛋白,其与对应的水稻抗稻瘟病基因Piz-t介导了基因对基因的抗病反应。序列分析发现AvrPiz-t的预测成熟蛋白AvrPiz-t₉₀含有4个半胱氨酸残基,推测它们可能参与了AvrPiz-t蛋白分子内或分子间的相互作用。为了检测这4个半胱氨酸对AvrPiz-t功能的影响,利用定点突变技术对4个半胱氨酸残基分别进行了位点突变并构建了相应的稻瘟病菌互补载体。功能互补分析发现,上述4个突变体都丧失了AvrPiz-t无毒基因的功能。由此推断,半胱氨酸对AvrPiz-t蛋白功能的表达是非常重要的。     

青枯菌GMI1000效应蛋白RipQ对致病力的作用研究

青枯菌通过Ⅲ型分泌系统向寄主植物细胞分泌100多种效应蛋白,对寄主植物的抗感病性产生影响。青枯菌效应蛋白RipQ启动子区存在典型的HrpB识别序列PIP box (5′-TTCGG-N15-TTCGC-3′),但其功能尚未明确。本研究分析了RipQ在青枯菌4种演化型菌株中的分布情况。以青枯菌GMI1000为出发菌,构建ripQ缺失突变体和过表达菌株,研究效应蛋白RipQ在青枯菌-番茄植物互作中的功能。结果显示,ripQ广泛分布于除演化型IV的不同青枯菌类群中。与野生型菌株相比,ripQ突变体在番茄上的致病力有一定程度的增强,而ripQ过表达菌株的致病力显著降低。突变体和过表达菌株在培养基中的生长与野生型没有区别,但过表达菌株在番茄体内的繁殖能力下降。RipQ过表达菌株侵染番茄后hrpB、hrpG和epsA基因表达量显著下调,且能够诱导番茄叶片H₂O₂的大量累积,过敏性坏死反应标志基因hin1和水杨酸信号通路标志基因PR1a的诱导表达。另外,在番茄上瞬时表达ripQ也可以观察到H₂O₂积累及叶片细胞坏...     

一个编码推定的钙依赖磷酸酶催化亚基的番茄全长cDNA序列的克隆及其表达分析

 钙依赖磷酸酶(Calcineurin)作为Ca²⁺信号传感器中继因子对受Ca²⁺调节的生物学过程起重要调控作用。本研究克隆了一个番茄全长cDNA序列,该序列与钙依赖磷酸酶催化亚基(Calcineurin A,CNA)序列同源。推定的蛋白产物由315个氨基酸组成,明显短于非植物来源的该类蛋白。该蛋白含有钙依赖磷酸酶类金属磷酸酶中保守的催化作用活性位点基序,以及两个潜在的钙调蛋白结合位点,故暂时命名为LeCAL1(Lycopersicon esculentum calcineurin A like 1)。对CNA序列的分析结果表明,植物与非植物CNA差异明显,在系统进化树中形成距离很远的两大分支。植物CNA中,LeCAL1与拟南芥CNA同源性较高,而与水稻CNA较低。对LeCAL1在番茄中的表达分析结果显示,Cf/Avr介导的过敏性反应的产生诱导LeCAL1基因的表达,表明钙依赖磷酸酶可能在番茄抗叶霉病中起调节作用。     

水稻和稻瘟病菌互作中的信号传导及防御反应基因诱导表达的研究

 水稻和稻瘟病菌互作是研究植物与病原菌互作的模式体系。本文利用3个水稻抗稻瘟病近等基因品系(CO39、C101LAC和C101A51)和2个特异性菌株(M209和M210)构成不同亲和程度的互作关系,研究了稻瘟病菌对3个水稻信号传导途径关键酶合成基因、5个防御反应病程相关蛋白基因和1个防御反应转录因子调控基因诱导表达的作用。结果表明:稻瘟病菌诱导了各种互作关系中水稻OsLOX、OsAOS和OsPAL酶合成基因的表达,水稻启动了茉莉酸和水杨酸防御反应信号传导途径。在不亲和的互作反应中,稻瘟病菌能不同程度地诱导水稻OsPR1a、OsPR2、OsPR3-1、OsPR3-2和OsPR4基因的表达,从而有效激活了防御反应系统,使水稻植株表现为抗病;而在亲和的互作反应中,多数OsPR基因的表达水平低、时间短或没有表达,水稻植株表现为感病。OsMyb基因在各种互作关系中有不同的诱导表达。说明这些防御相关基因的诱导表达可能与水稻抗稻瘟病性相关。     

水稻VQ37基因的克隆及其在病原侵染下的表达

 VQ蛋白作为转录辅助蛋白,在植物的生长、发育和抗逆等生理过程中发挥重要的调节功能。本研究采用RT-PCR从水稻叶片中克隆了VQ37基因的完整cDNA序列。VQ37 cDNA长622 bp,具有长为546 bp的完整开放读码框,编码蛋白质长181个氨基酸,具有FxxxVHxVTG的VQ基序变体。系统进化分析表明,水稻VQ37与短花药野生稻(Oryza brachyantha)、大麦(Hordeum vulgare)和Dichanthelium oligosanthes等禾本科植物亲缘关系近;除水稻旁系同源物VQ39外,VQ37与短花药野生稻中的XP 015699121亲缘关系最近。原生质体瞬间表达实验证实VQ37定位在细胞核中。荧光定量PCR分析显示,VQ37基因的组织特异性表达和诱导表达结果与启动子顺式元件预测基本一致。VQ37在叶片中的表达丰度最高,其次是叶鞘、茎、穗、根和花,在胚和胚乳中无表达。VQ37受纹枯病菌(Rhizoctonia solani)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryza)显著诱导,而不受白叶枯细菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae)诱导;与此一致的是,VQ37受真菌病原相关模式(PAMP)分子几丁质寡糖快速诱导,而不受细菌鞭毛蛋白flg22影响。茉莉酸甲酯和乙烯利能显著诱导VQ37的表达,而水杨酸对其表达无明显影响。上述结果提示,VQ37可能调控水稻对稻瘟病菌和纹枯病菌防御反应,这种调节作用可能依赖于茉莉酸/乙烯介导的信号途径,而与水杨酸信号途径无关。该研究为阐释水稻VQ37基因在水稻抗病反应中的调节功能提供了基础。     

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。     

中国水稻白叶枯病菌毒性变异研究

 利用13个含已知抗病基因的近等基因系材料,在水稻孕穗期采用剪叶接种法对我国285个水稻白叶枯菌株(其中108个采集于1970~1992年,177个采集于2003~2004年)的致病力变异进行研究。结果表明,病菌的致病力呈现多样性。通过试验系统比较了不同时期病菌的毒性和小种组成变化。在此基础上对病菌群体毒性变化的原因进行了分析。     

云南高原粳稻白叶枯病菌毒素及其与致病性关系

 为了探寻云南高原粳稻白叶枯病菌间毒素的差异及毒素与病菌致病性的关系,本研究选用致病性差异较大的3个云南高原粳稻白叶枯病菌株,采用乙酸乙酯法提取其毒素,用水稻幼苗浸根法和种子发芽抑制法测定毒素粗提物的生物活性,并用TLC法分析毒素组分及组分含量的差异。结果表明3个菌株单细胞产毒素量与菌株的致病性强弱成正相关;供试的3个菌株,无论其致病力强弱,其产生的毒素只要有足够的量,都能抑制水稻种子发芽,也能使水稻幼苗萎蔫,且毒素浓度越高,作用越明显;菌株间毒素组分和组分含量存在差异,一些特异的组分是否与其致病性有关,需要深入研究。     

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。     

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。     

转录激活因子FleQxoo原核表达及其与鞭毛基体基因fliExoo启动子的结合

 为了阐明转录激活因子FleQxoo对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)鞭毛基体基因fliExoo的转录调控机理,本研究用PCR方法从Xoo野生型菌株PXO99^A中克隆了fleQxoo基因,构建了原核表达载体pET21-fleQxoo,在大肠杆菌BL21(DE3) pLysS中进行了诱导表达,通过Ni-NTA亲和层析纯化得到FleQxoo蛋白;EMSA检测到FleQ-xoo与鞭毛基体基因启动子fliExoo-p片段的特异结合作用。这些结果为阐明FleQxoo直接调控鞭毛基体基因fliExoo的转录提供了分子证据。     

一种测定水稻白叶枯菌基因组中插入序列IS1112拷贝数的定量PCR方法

建立了以标准质粒为基础的测定水稻白叶枯基因组中插入序列IS1112拷贝数的TaqMan实时荧光定量PCR方法。通过重叠PCR方法扩增了由16S rDNA基因与插入序列IS1112的部分片段组成的重组片段,连接到载体pMD18-T上,构建了标准质粒。利用该标准质粒建立的定量方法测定了我国12种白叶枯菌株基因组中IS1112的拷贝数。     

水稻白叶枯病菌鞭毛基体基因fliExoo缺失突变分析

 为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,简称Xoo)鞭毛基体组分蛋白基因fliExoo的生物学功能,本研究用Gm^R抗性基因标记交换法成功构建了基因缺失突变体△fliExoo。与野生型菌株PXO99^A相比,△fliExoo鞭毛缺失,菌体易沉降,在0.3%半固体培养基上运动能力明显降低;尽管生长速率和胞外纤维素酶活性无明显变化,但胞外多糖产生和生物膜形成能力明显下降;对水稻品种日本晴的致病性和对非寄主烟草的致敏性反应明显减弱。基因互补可以使上述突变表型恢复。因此,鞭毛基因fliExoo突变不仅影响了细菌鞭毛依赖的运动性,而且对病原菌毒性相关的表型也产生了影响。     

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。     

水稻黄单胞菌致病相关基因插入突变体系的建立

 水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo）和条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc）是水稻上的模式病原菌,分别引起水稻白叶枯病（bacterial blight, BB）和细菌性条斑病（bacterial leaf streak, BLS）。为了精确和高效地实现目的基因的突变,本研究利用pK18mobGⅡ载体,建立了一套适于Xoo和Xoc目的基因定点插入的突变体系。通过同源片段与目的基因间的同源重组,成功获得了Xoo和Xoc的hrcV和hrpF突变体。PCR和Southern杂交证实：pK18mobGⅡ携带不同大小的同源片段,能够整合于hrcV和hrpF的特定位点;200～400 bp的同源片段能够获得最佳的突变效率;两亲接合的转化效率是电转化的5～100倍。毒性测定结果显示,hrcV基因决定着Xoo在水稻上的致病性。致病相关基因插入突变体系的建立为研究水稻黄单胞菌与水稻互作中致病相关基因的功能奠定了遗传学研究基础。