水稻细菌性条斑病菌伤口侵入发病的研究

水稻细菌性条斑病发生地区的杂交稻制种割叶、刮台风大雨、水淹稻苗，常造成细条病的发生流行。因此，伤口侵入发病是一个重要途径。研究伤口形成不同时间接菌发病情况以及菌液淹苗发病的结果，提出病区的杂交稻制种害割叶后最好在当天喷药防病；刮台风大雨和水淹苗之后，应及时喷药防病。     

水稻品种与水稻细菌性条斑病菌的互作机制

水稻叶片接种3d后，水稻细菌性条斑病菌开始在叶片上大量增殖；接种10d后，病菌数量开始保持相对的稳定，但感病品种上的菌量比抗病品种上的菌量在10倍左右，病斑在接种后第3d开始出现，接种10d以后，病斑在感病品种上能继续快速发展，而在抗病品种上开始受到抑制，通过对抗病和感病品种叶片上的气孔观测发现，感病品种的气孔密度和气孔长度一般都较抗病品种大，相关分析表明，气孔长度理发师品种抗性相关。接种后对PAL酶的活性测定结果表明，PAL酶的活性与品种抗性呈负相关关系。     

水稻细菌性条斑病菌对几种培养基利用效果的比较研究

1987～1991年,研究比较8种培养基对细菌性条斑病菌的常规培养结果,病菌在“523”培养基上培养生长快,菌苔丰满;在肉汁胨蔗糖培养基及其改良培养基上生长比较慢.比较不同浓度菌液接种于3种培养基上的结果,尽管采用比较低的菌液浓度接种,在“523”培养基上,仍生长较好,但在肉汁胨蔗糖培养基则生长较差或不生长,而在×87培养基上,接种高浓度菌液也不生长.用“523”培养基分离样品,得到的菌株比例高于用肉汁胨蔗糖培养基分离的数倍.几种培养基培养病菌保存,YDC培养基最好.“523”培养基次之.这些结果证明,“523”培养基更适合细菌性条斑病菌的分离、培养和常现保存.     

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。     

水稻条斑病菌rsmA基因在致病性中的功能分析

RsmA属于CrsA/RsmA蛋白家族成员,是一类RNA结合蛋白,作为一类全局性的转录后调控因子,调控碳代谢、生物膜形成、游动性以及致病性相关基因的表达等。同源性搜索结果显示,水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)RS105中存在rsmA基因,其与白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)PXO99A的rsmAXoo同源性为100%。但是,r smAXoc基因在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的rsmA缺失突变体RΔrsmA。寄主水稻和非寄主烟草接种结果显示,RΔrsmA在水稻上仍具有致病性,在非寄主烟草上也能够激发HR反应,这些结果与已鉴定的Xoo rsmA突变体表型不一致。但是,与野生型菌株相比,RΔrsmA在感病水稻上的毒性显著降低;在丰富和贫乏的培养基中,RΔrsmA的生长能力也明显减弱。其他毒性相关表型的测定结果显示,与野生型菌株相比,RΔrsmA在半固体培养基上的游动能力减弱,生物膜形成能力增强,胞外多糖产量明显降低,胞外蛋白酶的活性增加。这些结果暗示在Xoc中rsmA为重要的毒性相关基因,在Xoo和Xoc中RsmA在致病性中的功能存在一定的差异,RsmA下游调控基因的鉴定可能为解析其在2个水稻致病变种中功能的差异提供线索。     

双重PCR技术检测水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌

本研究分别设计并合成了白叶枯病菌的专化性引物OSF1-OSR1和条斑病菌的专化性引物XoocF-XoocR。用这两对专化性引物分别对118个参试菌株进行PCR扩增,并且通过将这两对专化性引物配对以及不断优化PCR反应条件,成功建立了双重PCR技术,同时对水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌实施快速精确的检测。     

水稻细菌性条斑病菌LAMP快速检测方法的建立

以SYBR Green I荧光染料为指示剂,针对水稻细菌性条斑病菌糖基转移酶,设计了4条普通LAMP引物,并在此基础上设计了2条LAMP环引物,建立了水稻细菌性条斑病菌的环介导等温扩增可视化快速检测方法。结果表明:水稻细菌性条斑病菌呈荧光的阳性反应,近缘菌株则呈橙色的阴性反应;检测灵敏度DNA为100 fg/μL,菌悬液为3×103 cfu/m L。LAMP技术的建立为现场检疫和大规模检测提供了新的方法。     

水稻条斑病菌hrpD5基因在致病性中的功能分析

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)成功侵染水稻主要依靠其III型分泌系统(Type III secretion system,T3SS)分泌的效应蛋白。T3SS由hrp-hrc-hpa基因编码,其中主要的hrp和hrc基因突变,病原菌将丧失在寄主水稻上的致病性和非寄主烟草上的过敏性反应(hypersensitive response,HR)。hrpD5基因位于hrp基因簇hrpD操纵单元的第5个基因,在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的hrpD5缺失突变体RΔhrpD5。植物接种试验显示,RΔhrpD5丧失了对寄主水稻的致病性和在非寄主烟草上激发HR反应的能力;功能互补子虽然能够恢复这2种表型,但是,与野生型菌株相比,其在感病水稻上的毒性显著降低,在非寄主烟草上形成延迟的HR反应;荧光定量PCR结果显示:hrpD5缺失影响其下游hrpD操纵单元基因hrpD6、hrpE和hpaB以及HrpX操纵单元基因hrpF和hrpB1的表达;同时,hrpD5缺失降低了hrpX的mRNA水平,但是不影响hrpX的启动子活性;酵母双杂交结果显示,HrpD5蛋白能够与HrpF蛋白的N端互作。这些结果暗示在Xoc中hrpD5不仅为主要的致病相关基因,而且调控主要的hrp调节基因hrpX的表达。HrpD5新功能的鉴定将为解析T3SS在致病性中的功能提供线索。     

云南省水稻细菌性条斑病菌的致病型划分和水稻抗性资源的鉴定

 为明确云南省水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)的致病力分化以及不同类型水稻品种对Xoc的抗感特性,通过针刺接种法将云南省8个稻区采集的86株Xoc菌株,接种于6个携带不同抗性基因的水稻鉴别品种(IRBB4、IRBB5、IRBB14、IRBB18、IRBB21和IR24)。根据这些菌株在鉴别品种上的毒力差异进行了UPGMA聚类分析,将其划分为9个致病型(Ⅰ型 ~ Ⅸ 型)。其中,Ⅰ型为优势菌群,分布频率为50.5%。对不同稻区的优势菌群进行分析,发现云南省各稻区Xoc的致病型呈多样性分布,以强毒力的Ⅰ型为高频率致病型。选用 Ⅰ 型、Ⅱ 型和 Ⅵ 型代表菌株对云南省的80个主栽和区试水稻品种进行抗性评价,对3个致病型表现抗性的材料比例分别为30.0%、35.0%和57.5%。筛选出9个对3种致病型都表现为抗性的品种,其中“Deyou16”和“Changgui2”表现为高抗。研究结果可为云南省防治水稻细菌性条斑病的水稻区域性布局和抗性品种的利用提供理论依据。     

水稻条斑病菌异柠檬酸脱氢酶在致病性中的功能分析

 异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase,IcdH)催化异柠檬酸转化成α-酮戊二酸,参与碳代谢途径末端的三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环。然而,编码异柠檬酸脱氢酶基因是否参与水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola,Xoc)的致病性,我们并不清楚。为了阐明IcdH的作用,通过同源重组技术获得了Xoc的icdH基因缺失突变体(RΔicdH),并对该突变体进行了相关功能研究。研究表明:该突变体不能利用苹果酸、丙酮酸和柠檬酸,在寄主水稻上的生长能力和致病力相对于野生型均显著降低,其游动性也显著减弱; 功能互补子恢复RΔicdH的上述表型至野生型水平; Real-time PCR结果显示,六碳单糖、蔗糖、苹果酸、丙酮酸与柠檬酸能显著诱导icdH基因的转录表达;与水稻细胞互作时icdH基因受诱导表达,并受HrpX和HrpG负调控。这些结果说明:icdH基因是Xoc获取碳源和在寄主水稻上具有致病性所需的。     

水稻白叶枯病菌HD-GYP结构域蛋白PXO_03945的功能鉴定

为了揭示水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,简称Xoo)环二鸟苷酸(c-di-GMP)信号相关蛋白PXO_03945的生物学功能,本研究通过基因同源重组和无标记交换,对PXO_03945基因进行了缺失突变,对野生型、突变体和互补菌株进行表型测定,分析该基因缺失突变对病菌胞内c-di-GMP水平、致病性、运动性、胞外多糖产生和生物膜形成的影响。结果表明,PXO_03945蛋白具有参与c-di-GMP降解的磷酸二酯酶(PDE)的HD-GYP结构域和功能未知的DUF3391结构域。全长基因缺失可导致体内c-di-GMP浓度明显上升。与野生型相比,ΔPXO_03945对水稻品种日本晴的致病性显著下降,而游动性增强,胞外多糖产生和生物膜形成增加。基因互补可以使之恢复。因此,HD-GYP结构域蛋白PXO_03945可能通过降解胞内c-di-GMP,正向调控了致病性,负向调控了运动性、EPS产生和生物膜形成能力。     

水稻白叶枯病菌毒性基因调控hrp基因表达的分析

水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)侵染寄主水稻,引起水稻白叶枯病(bacterial leaf blight,BLB)。病原菌主要依赖hrp基因簇编码的Ⅲ型分泌系统(Type Ⅲ secretion system,T3SS)将效应蛋白(T3SS effectors,T3SEs)注入水稻细胞中,激发水稻的抗(感)病性。同源性搜索结果显示,植物病原黄单胞菌中已鉴定的一些毒性基因在Xoo的代表菌株PXO99A中保守存在。为了明确这些毒性基因对hrp基因表达调控的影响,本研究利用pK18mob-W介导的定点突变方法,成功获得了14个毒性基因的突变体;在突变体中,利用hrp∶∶gusA融合表达体系,通过GUS活性定量测定检测了hrpG、hrpX和hrpB1的启动子活性;通过荧光定量PCR技术,检测了这3个基因的mRNA水平。结果显示,双组分调控系统ColR/ColS、RpfC/RpfG和转录调控子Clp负调控hrpG和hrpB1的表达;Trh和Xrv A通过HrpG-HrpX途径正调控hrpB1的表达;HpaR1和Fur不依赖于HrpG仅通过HrpX正调控hrpB1的表达。这些调控关系的鉴定为解析水稻黄单胞菌hrp调控网络提供了新的线索。     

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。     

Type-II secretion pathway structural gene xpsE, xylanase- and cellulase secretion and virulence in Xanthomonas oryzae pv. oryzae

Rice bacterial blight caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae is one of the most important diseases in rice-growing areas worldwide. Four virulence-deficient mutants were identified from a transposon mutagenesis library of X. oryzae pv. oryzae . Sequence-analysis revealed that the transposon of the four mutants inserted at different sites in the same ORF, which is homologous to the xpsE gene encoding a component of the type-II secretion system in many bacterial pathogens. Extracellular enzymes, such as xylanase and cellulase, were not secreted to the extracellular space in the mutants. Analysis of the protein profile of the extracellular, periplasmic and intracellular fractions indicated that at least two secreted proteins accumulated in the periplasmic space in the mutants. After genetic complementation of these mutants with a functional xpsE gene, the xpsE gene could express normally and the pathogenicity of the mutants and their secretion of extracellular enzymes were restored. Western blot analysis with an anticellulase antiserum also showed that cellulase was secreted normally in the complemented strains. The results show that the type-II secretion pathway structural gene xpsE is required for xylanase and cellulase secretion and full virulence in X. oryzae pv. oryzae .     

噻唑锌对水稻黄单胞杆菌生物学活性初步研究

初步研究了噻唑锌在离体条件下对水稻黄单胞杆菌Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo)生长的抑制作用,以及其在水稻上防治白叶枯病的生物活性及抗性风险。结果表明,噻唑锌在离体条件下抑制Xoo生长的平均EC50值为(90.17±4.66)μg/mL,且通过紫外光诱导难以获得生长不受影响的抗药性菌株。温室盆栽试验表明,活体条件下噻唑锌对水稻白叶枯病的治疗和保护作用EC50值分别为22.90和52.38μg/mL,其治疗作用显著优于保护作用。从药剂处理稻苗后接种Xoo所形成的病斑上,能够筛选到致病力不受影响的Xoo抗药性突变体,其突变频率为13.3%。交互抗性研究表明,噻唑锌与噻枯唑之间存在交互抗性,但抗药性性状不能稳定遗传。内吸传导性研究表明,噻唑锌能被水稻根部和叶片吸收,且表现为向上传导性。噻唑锌对Xoo的活体抑制活性高于其离体活性,且抗性风险低,适用于防治水稻白叶枯病。     

磷酸甘油转移酶基因在水稻白叶枯病菌致病力中的作用研究

稻黄单胞菌稻致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)引起的水稻白叶枯病,是水稻上的重要致灾病害之一。前期基因组学分析发现,Xoo菌株PXO99^A的PXO＿04062基因可能编码一个磷酸甘油转移酶,推测与病原菌的致病力有关。本研究采用自杀质粒pK18mobsacB介导的方法,构建了该基因的缺失突变体,并对突变体进行了反式互补。水稻上致病性测定发现,与野生型菌株相比,PXO＿04062基因的缺失突变体DM04062在寄主水稻日本晴上的致病力显著下降,并且其胞外多糖产量、运动性、生物膜形成等均明显降低。进一步采用RNA-seq方法比较突变体转录组的变化,发现突变体中的差异表达基因共有533个,其中包括多个致病相关基因,如胞外多糖合成和细胞运动性等相关基因。与野生型相比,这些基因在突变体中的表达均显著下调。这些结果说明,白叶枯病菌的磷酸甘油转移酶基因是通过影响多种致病力相关因子的合成,来影响病菌在水稻上的致病力。     

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。     

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。