抗黄萎病海岛棉叶片在大丽轮枝菌胁迫下的蛋白组学分析

【目的】探讨海岛棉抗黄萎病材料的抗病机理,寻找可能的抗病基因。【方法】以高抗黄萎病海岛棉材料长312为试材,利用蛋白质双向凝胶电泳和质谱鉴定技术探讨棉花在大丽轮枝菌胁迫下蛋白质水平的变化。【结果】在接种大丽轮枝菌2 h后,长312叶片中有11个蛋白表达水平下调,15个蛋白表达水平上调;下调表达的蛋白主要是与光合作用及碳同化相关的一些酶类,推测大丽轮枝菌危害棉花叶片主要是破坏其光合系统;表达水平上调的蛋白主要是一些与光合作用、碳同化相关的酶类及苯醌还原酶、β-D-半乳糖苷酶、14-3-3f蛋白等抗病蛋白。【结论】推测海岛棉对黄萎病的防御机制发生在2个层面:一是被动防御,可能通过叶绿体ⅡA-B结合蛋白、核酮糖二磷酸羧化酶等下调蛋白的同工蛋白上调表达保持抗病海岛棉光合系统的稳定,通过组蛋白和14-3-3f蛋白的高表达保持抗病海岛棉植株细胞的稳定性;二是主动防御,可能通过高表达β-D-半乳糖苷酶和苯醌还原酶等参与海岛棉的抗病反应。     

大豆抗疫霉根腐病的蛋白组研究

利用双向电泳及MALDI-TOF-MS技术分析绥农10号真叶接种疫霉菌1号生理小种后的蛋白质组变化。在抗病品种绥农10号叶片中共获得19个差异表达蛋白点, 其中有12个上调表达, 6个下调表达, 1个特异表达(仅在接种后出现)。利用生物质谱分析8个上调表达点、1个下调表达点和1个特异表达点, 最终鉴定得到8个有注释功能的蛋白, 根据功能可分为4类, 第1类为参与新陈代谢的蛋白, 包括二磷酸核酮糖羧化酶的大亚基及前体、琥珀酰-辅酶A;第2类为参与信号传导的蛋白, 包括激酶受体类蛋白、氧化还原酶和半胱氨酸氧化还原酶;第3类为参与细胞内物质运输的蛋白, 包括衣壳蛋白的zeta-3亚基;第4类为转录因子, 是参与茉莉酸介导的F-box蛋白。这些蛋白可为进一步研究大豆抗病机制奠定基础。     

盐胁迫下棉花叶片差异蛋白表达的分析

以耐盐的陆地棉品种中07为研究材料,在其生长的三叶期,用未处理和0.4%NaCl胁迫处理24h的幼苗,分别提取其叶片全蛋白。通过等电聚焦和第二向SDS-PAGE技术获得完整的棉花叶片总蛋白图,利用ImageMaste-2DElite5.0软件分析各个差异蛋白在对照和0.4%NaCl胁迫24h后棉花叶片中的相对表达量,并选取质量好、实验重复性高的10个特异的差异表达蛋白质点进行基质辅助激光解吸电离串联飞行时间质谱(MALDI-TOF-TOF/MS)鉴定。结果表明,从对照和盐胁迫处理的双向电泳图谱中共检测到24个差异蛋白质点,这些差异蛋白质点的等电点分布集中在5.0～6.5之间,分子量分布集中在40.0～110.0kD之间;进一步质谱(MALDI-TOF-TOF/MS)分析鉴定的10个差异蛋白质点,其中4个蛋白质点获得了鉴定结果,这4个差异表达蛋白质点分别为1,5-二磷酸核酮糖羧化/氧化激酶α2(编号4)、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/氧化酶大亚基(编号5)、未知蛋白产物(编号19)和OEE2(编号32)。我们初步推测OEE2和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/氧化酶可能与棉花耐盐胁迫特性有关。     

双向电泳联用质谱技术研究棉苗对细极链格孢菌蛋白激发子诱导的应答

 采用双向电泳和质谱技术分析了细极链格孢菌蛋白激发子对棉苗诱导的全蛋白质组,建立二者间的差异表达图谱,并对差异蛋白进行了鉴定及分析归类。结果表明,蛋白质分子质量在10～100 kD之间、等电点3～10范围内,每块胶分离到约600个蛋白质点。得到了大约53个差异蛋白点,其中有31个为上调蛋白,22个为下调蛋白。对PEAT诱导后表达量明显增加的 7个上调蛋白点用基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS)进行肽质量指纹谱的分析,并通过检索不同的数据库进行蛋白质鉴定与功能预测,获得了4个蛋白的肽质量指纹图谱,经数据库检索鉴定分析,GH-1、GH-3、GH-6推测为核酮糖1,5-二磷酸羧化酶基因家簇,GH-7推测为-S-腺苷一蛋氨酸合成酶。     

大理野茄M239响应黄萎病病菌侵染的差异表达蛋白分析

为了探索植物响应黄萎病病原菌侵染的作用机制,以黄萎病高感野茄材料大理野茄(M239)为研究对象,通过人工接种黄萎病病原菌大丽轮枝菌的方法,首先测定M239在接种大丽轮枝菌后0,6,12,24,48 h的根部4个关键生理指标,即过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性和可溶性蛋白(SP)含量的变化。结果确定接种大丽轮枝菌后12,24 h为蛋白组分析取样的关键时间点;在此基础上,利用iTRAQ技术分析M239在接种大丽轮枝菌后根部蛋白的变化。结果发现,与清水接种(CK)相比,M239接种大丽轮枝菌后12 h有463个差异表达蛋白(DEPs),其中305个下调,158个上调;接种后24 h,有456个DEPs被病原菌诱导表达,包括296个下调,160个上调。这些蛋白主要富集在碳代谢、乙醛酸和二羧酸代谢、次生代谢物的生物合成、丙酮酸代谢、新陈代谢等途径。通过与已报道的黄萎病抗性材料的研究结果进行对比分析发现,M239在响应大丽轮枝菌的侵染过程中,参与防御响应的蛋白数量和代谢通路较少,未能形成有效的防御网络,最终表现为感病。     

水稻灌浆期叶鞘蛋白质差异表达分析

为研究叶鞘在籽粒灌浆期间代谢的分子机理, 应用差异蛋白质组学方法分析了大穗型水稻“金恢809”在籽粒灌浆不同时期, 叶鞘的蛋白质组变化趋势, 共检测到23个差异蛋白质点, 其中11个得到鉴定, 并按其表达丰度的变化分为6类。第1类, 随着灌浆进程表达量逐渐降低, 如α-亚基草酰乙酸脱羧酶; 第2类, 表达量先升后降, 如二磷酸核酮糖羧化酶小链和ADP-核糖基化因子１; 第3类, 表达量先降后升再降低, 如生长素响应因子、锌指-C3HC4型家族蛋白、液泡H+-ATP酶和二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶; 第4类, 表达量先升后降再升又降, 如核酮糖α亚基结合蛋白; 第5类, 表达量先降后升, 如金属硫蛋白II相似蛋白-1A和牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合酶; 第6类, 表达量逐渐升高, 如蛋白激酶家族蛋白。这6类蛋白分别参与叶鞘光合作用、激素调节、物质转运、植株衰老的抗性反应以及细胞信号转导, 共同调控叶鞘的源、库、流转化。     

短季棉叶片早衰的比较蛋白质组学研究

选取短季棉品种中棉所10号为研究材料,在棉花叶片衰老过程中,分别取30 d,40 d和50 d时的叶片进行叶片全蛋白的提取,利用双向电泳技术分析叶片衰老过程中的差异蛋白。考马斯亮蓝染色、扫描得到双向电泳图谱后,利用软件ImageMaster 2D Platinum 7.0分析差异蛋白。结果表明,在这3个时期里,共有33个蛋白点表达水平显著变化;对选取的差异蛋白点进行MALDI-TOF-TOF质谱鉴定,最终成功鉴定其中12个蛋白点。蛋白质组学分析表明衰老过程中:参与病虫害防御反应的蛋白6个显著下调表达,1个上调表达;参与光合作用的蛋白2个上调表达,1个下调表达;参与信号转导的2个蛋白均下调表达。     

棉花黄萎病相关基因GhAAT的克隆与功能鉴定

棉花黄萎病(Verticillium dahliae)是一种土传性真菌维管束病害,严重影响棉花的生产。本研究通过转录组数据分析筛选出一个与棉花黄萎病相关的氨基酸转运蛋白GhAAT基因,该基因在棉花根部响应黄萎病菌诱导表达。利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing, VIGS)技术研究其在棉花抗黄萎病中的功能。结果显示将该基因在棉花TM-1的叶片和根部沉默后,棉花对黄萎病抗性减弱,证明GhAAT基因参与调控了棉花抗黄萎病功能。发掘棉花抗黄萎病菌重要调控基因并揭示其分子机制对培育棉花抗病品种具有重要意义。     

棉花WRKY22基因分离及其对黄萎病的抗性分析

为了克隆棉花抗黄萎病相关基因,利用生物信息学、病毒诱导基因沉默技术(VIGS)、实时定量PCR(q PCR)和接菌分析来研究棉花WRKY基因对大丽轮枝菌的诱导响应和抗性。结果从棉花中筛选出8个与拟南芥直系同源的棉花抗病相关WRKY基因,这些直系同源WRKY基因表达受到大丽轮枝菌浸染诱导响应。其中有6个GhWRKY基因的表达均受到大丽轮枝菌诱导上调,而GhWRKY70和GhWRKY48的表达量随着不同的时间点呈现上调或下调。GhWRKY22等5个基因表达量在24,72 h分别表现为上调,呈现出双峰曲线。对GhWRKY22表达特征进一步分析,结果显示,GhWRKY22基因在茎里优势表达,同时表达受到大丽轮枝菌、水杨酸和茉莉酸激素的诱导。GhWRKY22基因沉默植株对大丽轮枝菌的敏感性增加,抗病标志基因(PR1、PR3、PR4、PR5、PAL和PDF1. 2)表达量也显著降低,揭示GhWRKY22是通过SA和JA信号途径参与棉花对大丽轮枝菌的响应过程。总之,棉花中8个WRKY基因参与棉花对黄萎病抗性调控,其中GhWRKY22基因正调控棉花的抗性,可作为棉花抗病育种的候选基因。     

甜菜(Beta)M14花期蛋白差异表达的cDNA分析

由于甜菜(Beta)M14染色体数目的变化,导致甜菜M14花后1 h花蕾的蛋白质表达存在明显差异。本研究选取两个甜菜M14花后1 h的差异蛋白点质谱检测结果,依据该质谱检测所得的氨基酸序列设计简并引物,利用RACE技术扩增3'端,利用SMART RACE技术扩增5'端并进行对比分析,从而得到cDNA全长,并对其进行验证和分析。结果显示所得c DNA全长其翻译后所得氨基酸序列与质谱检测结果一致,将此cDNA序列在NCBI数据库里进行分析,结果显示该序列与核酮糖1,5-二磷酸羧化酶或其小亚基(主要是水稻的核酮糖1,5-二磷酸羧化酶或其小亚基)有极高的相似性和同源性。本研究结果为了解甜菜M14染色体数目变化对蛋白质表达的影响提供了新的科学依据。     

Proteomics Analysis of Gossypium barbadense Leaves with Resistance to Verticillium dahliae under Infection Stress

[Objective] The purpose of this study is to analyze the resistance mechanism of island cotton under Verticillium wilt stress and to find possible resistance genes. [Method] The cotton resistance mechanism under the stress of Verticillium dahliae was studied by protein two-dimensional electrophoresis and mass spectrometry at the protein level. [Result] In the leaves, eleven proteins were down-regulated and 15 proteins were up-regulated after 2 hours of inoculation with Verticillium dahliae. The down-regulated proteins were mainly related to photosynthesis and carbon assimilation, and then we deduce that Verticillium dahliae is mainly broken cotton photosynthetic system to cause cotton susceptibility. The up-regulated proteins were mainly related to photosynthesis and benzoquinone reductase, beta-D-galactosidase, 14-3-3f protein and other disease-resistant protein. [Conclusion] It is speculated that the defense mechanism of island cotton on Verticillium wilt may occur at two levels: one is passive defense, it is manifested that the isoproteins of the down-regulated proteins such as chloroplast II AB binding protein and ribulose diphosphate carboxylase are highly expressed to maintain the stability of the island cotton photosynthetic system, the histone and 14-3-3f protein are highly expressed to keep the cell stability; the second is active defense, it is manifested that the high expressed β-D-galactosidase and benzoquinone reductase may be involved in the resistance of island cotton to Verticillium wilt.     

陆地棉PPO基因全基因组鉴定及对黄萎病菌的响应分析

【目的】多酚氧化酶(Polyphenol oxidases,PPO)广泛参与植物抵抗病虫害等生物逆境胁迫的过程。本研究旨在研究棉花中的PPO基因及其表达模式,验证多酚氧化酶与棉花抗黄萎病的关系。【方法】分析了黄萎病菌V991侵染下异源四倍体陆地棉TM-1根系中PPO酶活力变化,并利用TM-1的基因组数据库,鉴定相关基因,并进行生物信息学和表达分析。【结果】共筛选到13个候选GhPPO基因。这些基因都不含内含子,所编码的蛋白包含2个铜离子结合位点和PPO的保守序列(酪氨酸酶、DWL和KFDV保守结构域)。进化分析显示,陆地棉PPO基因的种内相似性大于种间相似性,并且相互之间形成了多对重复基因。GhPPO的表达量差异较大,少数基因具有组织特异表达的特性,多数基因在棉花不同组织中表达量都很低。实时荧光定量聚合酶链式反应分析结果表明:GhPPO6D在棉花根系中表达量较高,且在黄萎病菌V991侵染后上调。【结论】GhPPO6D可能参与了棉花与黄萎病菌的互作过程,与V991侵染后棉花根系PPO酶活力上升相关。     

大丽轮枝菌侵染陆地棉早期的转录组分析

【目的】旨在深入挖掘大丽轮枝菌致病相关基因。【方法】运用转录组测序技术比较分析了强致病力大丽轮枝菌Vd991在侵染陆地棉品种Coker 312早期阶段的基因表达情况。【结果】对Vd991侵染前后的转录组数据进行差异表达分析,共筛选到979个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),其中376个上调,603个下调。通过基因注释和功能分类发现,这些DEGs涉及细胞增殖与生长、产孢、碳水化合物结合、蛋白激酶活性调节、裂解酶活性、水解酶活性等功能。对上调DEGs进行基因本体(Gene ontology,GO)功能富集分析,发现共有277个GO词条达到显著富集水平(P0.05),涉及生长速率正向调控、核苷酸合成、解旋酶活性等功能;京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路分析表明,上调DEGs参与53个代谢通路,包括嘧啶代谢、嘌呤代谢等。【结论】在早期侵染过程中,大丽轮枝菌细胞增殖相关基因表现活跃。上述分析为进一步揭示大丽轮枝菌的致病机理提供了有价值的参考。     

河南省不同地区棉花黄萎病菌分离物致病性及其毒素致萎活性测定

在河南省不同地区分离并鉴定33株棉花黄萎病菌分离物,并进行了致病力和粗毒素致萎活性测定。致病力结果表明,河南省棉花黄萎病菌分离物可分为强、中、弱3种致病力类型,分别占48.5%、21.2%、30.3%。河南省同一地区内不同分离物间致病力差异明显。粗毒素致萎活性测定结果表明,黄萎病菌强致病力分离物分泌的粗毒素对棉苗的致萎力较强,弱致病力分离物分泌的粗毒素对棉苗的致萎力较弱,强、中、弱3种致病力类型分离物在72h时对棉苗的平均致萎指数分别为63.82、52.38、45.83。采用考马斯亮蓝法测定不同分离物粗蛋白含量,结果表明,不同黄萎病菌分离物分泌的粗蛋白含量存在明显差异,且与其所致的病情指数呈显著正相关。     

棉花精氨酸脱羧酶基因GhADC1克隆与表达分析

以抑制性消减杂交(SSH)文库序列为基础,采用生物信息学和RT-PCR方法从陆地棉中克隆出精氨酸脱羧酶基因,命名为GhADC1,GenBank登录号为KC851856.该基因全长2954 bp,其中5’非翻译区477 bp,具有多个参与胁迫响应的顺式作用元件和一个编码8个氨基酸的微型编码序列(uORF);主编码区(mORF)2181bp,共编码726个氨基酸,其中N端具有叶绿体定位信号肽.推测的GhADC1蛋白具有PLP结合位点及Orn/Dap/Arg脱羧酶的信号位点,属于典型的Ⅲ型PLP依赖型精氨酸脱羧酶家族成员.荧光定量RT-PCR结果表明,正常条件下,GhADC1在叶片中表达量高于茎和根部组织,且在抗黄萎病品种冀棉20中的表达水平高于耐病品种中521;黄萎病菌胁迫能够快速诱导抗病品种根部GhADC1表达,而在耐病品种中未见明显差异,推测在抗病品种中GhADC1可能参与根部对黄萎病菌胁迫的早期应答.     

连作对棉田土壤枯、黄萎病菌数量及细菌群落的影响

采用选择培养法测定新疆库尔勒不同连作年限棉田土壤枯、黄萎病病菌数量的变化,运用PCR-DGGE(Polymerase chain reaction-denatured gradient gel electrophoresis)技术分析棉花连作对土壤细菌群落结构和多样性的影响。结果表明,不同连作年限棉田的枯萎病菌和黄萎病菌量具有相似的变化特征,即在5~20年连作年限内,土壤中病原菌量随着连作年限的延长而增加,20年连作土壤病原菌数量达到最高峰;连作超过20年,土壤菌源数量开始下降。不同连作年限棉田土壤中枯、黄萎病病原菌的数量与发病株率呈显著正相关关系。连作棉田土壤细菌群落的DGGE图谱分析显示,连作棉田土壤细菌种群的组成、结构、丰富度均发生变化。连作5~40年的棉田土壤细菌种群Shannon-Wiener多样性指数(H')、均匀度(EH′)和丰富度(S)指数均降低,且连作年限越长降低越突出。     

棉花不同生育期SOD同工酶与品种抗黄萎病性相关性的研究

凝胶电泳测定不同棉花品种子叶期、４叶期、蕾期、铃期、吐絮期等５个不同生育期的叶片内ＳＯＤ同工酶,结果其谱带数目相应为４、８、８、４、３,随着棉花的生育进程,ＳＯＤ同工酶活性由弱一强一弱。在棉花生长前期子叶期、４叶期,抗、感黄萎病品种之间,接菌与不接菌棉株间,ＳＯＤ同工酶谱活性差异不明显;在蕾期,虽然品种间的ＳＯＤ同工酶谱活性差异不明显,但接菌的棉株Ｅ１、Ｅ５、Ｅ６三条酶带活性强于不接菌棉株,Ｅ３活性则相反;在铃期,抗、耐品种较感病品种Ｅ２谱带活性强,接菌棉株较不接菌棉株增加一条Ｅ３ｂ谱带。感病品种泗棉２号上显症棉株叶片体内ＳＯＤ同工酶较无病症叶增加一条Ｅ４酶带;不同病级的叶片内,ＳＯＤ同工酶的活性差异不大。至吐絮期,不同品种棉株及显症叶与无病叶间的ＳＯＤ酶活性又趋相同。