稻曲病菌致病机制研究进展

 稻曲病是一种水稻穗部病害,在世界各水稻主产区均有发生,已成为世界性病害,在我国也属于水稻主要病害之一。稻曲病的发生严重影响水稻产量和稻米品质。研究其病原菌致病机制,对找寻防治药物的特异性靶标具有重要作用,可为抗病分子育种提供新的思路,为稻曲病菌防治药剂研发提供新的靶标。本文综述了稻曲病菌侵染过程、致病相关基因功能研究、水稻响应稻曲病菌侵染等方面的研究进展,提出进一步研究的策略。现有研究表明,稻曲病菌能成功侵染水稻孕穗期雄蕊的花丝引起发病。病原菌可通过抑制多个水稻免疫途径实现成功侵染;还可模仿胚珠受精激活水稻灌浆、糖代谢等途径为稻曲球的形成提供营养物质;全基因组测序完成和基因编辑技术在基因敲除中的成功应用,为稻曲病菌功能基因研究提供了很好的基础。稻曲病菌独特的侵染过程和营养利用机制是未来研究的重要方向。     

稻曲病菌生物学特性与致病力相关性研究

 测定了100个稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)菌株的产孢能力、生长速率、色泽、胞外物质对麦种萌发抑制率和致病力,用SPSS软件分析了其产孢能力、生长速率、色泽、对麦种萌发抑制率与致病力的相关性。结果表明：菌株的产孢能力、色泽与致病力呈正相关;对麦种萌发抑制率与致病力的相关系数无统计学意义;菌株的生长速率与致病力呈负相关。其中,菌株的产孢能力和致病力呈中度相关;色泽、生长速率与致病力呈低度相关。     

辽宁省稻曲病菌遗传多样性和致病力分析

为有效防治辽宁省稻曲病菌Ustilaginoidea virens,利用重复序列PCR(repetitive elementbased PCR,rep-PCR)分子指纹技术,对2017年自辽宁省8个市8个主产稻区采集的51株稻曲病菌菌株进行遗传多样性和致病力分析。结果显示,在3对引物中,以BOX1/BOX2和ERIC1/ERIC2为引物扩增的DNA指纹图谱的遗传多样性值分别为0.764、0.707,均大于0.7,故选择这2种引物扩增的DNA指纹图谱进行遗传多样性分析;当DNA指纹相似系数为0.78时,以BOX1/BOX2为引物和以ERIC1/ERIC2为引物扩增的DNA指纹图谱分别将供试菌株划分为12个和10个遗传类群;供试菌株致病力可划分为弱致病型、中等致病型和强致病型3个致病型,所占比例分别为33.33%、58.82%和7.85%,强致病型菌株仅在沈阳市、鞍山市和大连市出现;所有优势类群均包含3种致病型菌株。表明辽宁省稻曲病菌遗传结构复杂,不同地理来源的稻曲病菌菌株致病力存在一定差异,相同致病型的稻曲病菌菌株分属于不同的遗传类群,同一遗传类群中包含不同的致病型菌株。     

来源于同一穗不同稻曲球的稻曲病菌的致病性及遗传多样性

 本研究从源于6穗稻曲病穗的48个稻曲球中分离获得稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）48株,从3个稻曲球的不同部位分离获得稻曲病菌23株。用注射接种法将菌株分别接种到水稻品种两优培九（感病品种）、淮稻5号（中抗品种）和武育粳3号（抗病品种）上,结果显示分离的菌株致病力分化较大,而菌株在水稻品种上的致病力强弱与已知水稻品种对稻曲病菌的感、抗性趋势基本一致。相同孢子量接种水稻,不同分离菌株之间仍有致病力分化,生长速率测定也发现菌株之间可能存在差异。利用REP PCR (repetitive extragenic palindromic sequence PCR)技术进行菌株遗传多样性分析表明,同穗不同稻曲球分离的菌株中,1号穗分离的4个菌株聚在同一簇群,其余5穗的菌株分别聚在3～5个簇群;同一稻曲球不同部位分离的菌株中,一个稻曲球分离的8个病菌聚在同一簇群,而其余2个稻曲球分离的病菌则分别聚在2～3个簇群。由此推测同一稻穗上不同稻曲球可能是由来源不同的稻曲病菌侵染所形成;而一个稻曲球可以由同一稻曲病菌引起,也存在多个侵染源共同侵染的可能。     

稻曲病菌分生孢子的生物学研究

 本文对稻曲病菌分生孢子的一些生物学特性进行了研究,结果表明,基质养分对分生孢子萌发影响较大,纯水不利于孢子萌发,PSA最适于孢子萌发,葡萄糖则强烈抑制孢子萌发,马铃薯煮汁既可抵消葡萄糖的抑制作用,又可刺激孢子萌发。分生孢子在琼脂面上比在液滴中萌发率高。分生孢子萌发的适宜温度为22~31℃,以28℃最好。分生孢子萌发对pH值敏感,以pH 6~7最适宜。用振荡培养法获取分生孢子,培养10 d后,孢子的萌发力开始下降。分生孢子的存活对水的依赖性强,在水中保存8 d萌发力不变,在100% RH中8 d萌发力略有降低,而在25% RH中5 h萌发力即迅速下降。根据这些特性,作者对分生孢子在田间的动态作了一些推测。     

稻曲病菌菌核降解微生物的筛选与作用机制分析

菌核是稻曲病菌天然的越冬菌源和来年病害发生的重要初侵染源,控制田间菌核越冬数量能够从源头上遏制和减轻稻曲病的发生。为此,本研究对来自稻田土壤、菌核表面、以及青海高原的能够降解菌核的真菌进行了筛选,得到了6个有较好降解作用的生防菌株。在实验室条件下它们能够在30~70 d内彻底降解稻曲病菌菌核。真菌形态特征和rDNA-ITS序列分析表明,这些菌株分别为淡色生赤壳菌Bionectria ochroleuca、粘鞭霉Gliomastix polychroma、烟曲霉Aspergillus fumigatus、草酸青霉Penicillium oxalicum、粉红粘帚霉Gliocladium spp.和疣孢漆斑菌Myrothecium verrucaria。进一步超微结构观察发现,不同生防菌对菌核的降解机制可分为以重寄生作用和直接降解为主2种基本模式。春季田间撒施试验表明,其中2种生防菌的防治效果可达33.9%和46.8%。     

四川省籼稻区水稻稻曲病菌遗传多样性分析

应用ERIC-PCR指纹技术,对采自四川省6个籼稻自然生态区的60个稻曲病菌菌株进行了DNA分子水平上的遗传多样性研究,并进行UPGMA聚类分析和相似性分析.结果表明,所采用的ERIC引物在不同供试菌株中分别扩增出5～20条不等的带谱;在0.75相似水平上,供试菌株被划分为11个遗传型群,其中L1、L4、L5为优势群,并存在次要小型群和特异性型群;来自同一地区的稻曲病菌菌株具有较高的遗传相似性,而不同地区的稻曲病菌则表现出程度不同的变异,且寄主品种与稻曲病菌遗传差异之间的相关性较小.     

稻曲病菌的病原学

 稻曲病菌产生的黄色和黑色厚垣孢子表面都有疣状突起,但黑色厚垣孢子的疣状突起明显。常规萌发试验,黄色厚垣孢子萌发,黑色不萌发。黄色厚垣孢子在4℃和25℃下贮存分别保持萌发能力1年和80d左右,萌发的最适pH值和最适温度分别为pH5~pH8和25℃~30℃。光照可诱导产生厚垣孢子。病菌在PD和PS培养液中可产生大量分生孢子。田间采集的稻曲病菌菌核在砂培条件下可以萌发并可产生成熟的子囊孢子。该菌可产生毒素,在一定的浓度下,对稻种萌发和胚芽生长有明显抑制作用。     

稻曲病菌越冬厚垣孢子萌发力及其染力的研究

通过３年系统测定试验，稻曲病菌越冬厚垣孢子在室内和水泥池的土中可以存活５－６月。在种植油菜、苕子、蚕豆、小麦的露天水泥池中，越冬的厚垣孢子均有萌发力。在油菜、苕子、小麦３种越冬作物大田土中越冬的厚垣孢子的萌发率以油菜田最高，为２．０４‰。越冬后种子上的厚垣孢子数量大，萌发率可达０．４％－２．９７％。稻茬中越冬的厚垣孢子和在３ｃｍ浅土中的厚垣孢子，其萌发率分别较冬闲田或科作田土中和１５ｃｍ深土中高。     

稻曲菌交配型初探

 稻曲菌（有性态：Villosiclava virens;无性态：Ustilaginoidea virens）有性繁殖产生的子囊孢子是水稻稻曲病可能的初侵染源之一,交配型基因座对真菌有性繁殖中的性别控制起着决定性作用。为进一步揭示稻曲菌的有性繁殖方式,本研究首次克隆了稻曲菌交配型基因mat1-1-1的α-结构域（α-domain）相应核苷酸序列,发现其与麦角菌科真菌Cordyceps militaris、Cor. bassiana和Claviceps purpurea的mat1-1-1基因中α-结构域相应核苷酸序列同源性分别为61%、63%和68%;根据mat1-1-1和mat1-2-1部分基因序列设计特异性引物,并使用PCR方法检测了来源于3个异源子座的240个子囊孢子单孢菌株和50个田间菌株的交配型基因,结果显示稻曲菌mat1-1-1和mat1-2-1基因分别存在于不同菌株中;将具有相同或不同交配型基因的菌株配对接种,发现菌核通常产生在mat1-1-1和mat1-2-1基因型菌株配对接种产生的稻曲球上,其中大部分菌核可萌发产生子座,而菌株单独接种或具有相同交配型基因的菌株配对接种水稻后多数不能形成菌核;根据以上结果初步推断稻曲菌为异宗配合真菌。     

稻曲病菌有性生殖中光诱导基因的转录组分析

稻曲病菌(Villosiclava virens)能够以菌核的形式安全越冬并在来年萌发产生子囊孢子,成为稻曲病菌的重要初侵染源;而菌核产生子实体的过程需要光的诱导。为了探索光诱导的分子机制,本文对不同光照处理条件下稻曲病菌菌核萌发过程的转录组学进行了比较分析。结果发现,与黑暗条件下菌核的萌发相比,光照处理后542个基因显著差异表达,其中上调359个,下调183个。GO富集分析发现,DEGs显著富集于糖基水解酶活性、细胞壁生物合成、氧化还原酶活性等。KEGG分析发现,DEGs显著富集于脂质代谢、氨基酸代谢、次生代谢产物合成等代谢通路。DEGs中子实体独有基因组氨酸激酶为光感受器,其响应光信号引起下游基因的表达,同时,与有性生殖过程相关的水通道蛋白和甲基转移酶蛋白编码基因表达活跃,共同调控了菌核萌发产生子实体过程。     

L-半胱氨酸对稻曲病菌菌丝生长的抑制作用及其转录组分析

 分别应用3个稻曲病菌菌株ZJ09、XS14、XS1214,以及马铃薯蔗糖琼脂(potato sucrose agar,PSA)固体培养基、马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)固体培养基、TB₃固体培养基和马铃薯蔗糖(potato sucrose,PS)液体培养基,进行固体或液体培养,实验结果表明补充0.250~0.500 g·L^-1 L-半胱氨酸对稻曲病菌菌丝生长具有明显的抑制作用,作用强度随L-半胱氨酸浓度提高而增加。分别采集未补充L-半胱氨酸和补充0.250 g·L^-1 L-半胱氨酸的PSA固体培养基平板上培养6 d的两组ZJ09菌丝进行转录组测序,得到2 138个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中985个被L-半胱氨酸上调表达,1 153个被L-半胱氨酸下调表达。针对转录组测序结果获得的6个DEGs进行了RT-qPCR验证。GO富集结果显示,DEGs在细胞组分、分子功能和生物过程3个类别中均有富集,说明L-半胱氨酸抑制菌丝生长机制复杂。KEGG通路注释结果表明,L-半胱氨酸抑制菌丝生长可能主要与其影响内质网中蛋白质的加工有关。分析DEGs功能后还发现,L-半胱氨酸显著削弱菌丝中几丁质合酶D、细胞分裂控制蛋白6(cell division control protein,CDC6)及细胞分裂控制蛋白48(CDC48)编码基因的表达,推测可能与其对稻曲病菌菌丝生长的抑制作用有关。     

Effect of calcined lime (CaO) on chlamydospores of the rice false smut pathogen,Villosiclava virens,and their root attachment and infection

Rice false smut caused by Villosiclava virens is a devastating disease. The smut balls contain chlamydospores, which fall onto paddy soils to become the primary inoculum. After transplanting, the chlamydospores subsequently germinate and infect rice roots. The application of a CaO-containing fertilizer to paddy soils can inhibit the development of rice false smut disease; however, the underlying mechanism is unknown. In this study, we evaluated the suppression of chlamydospore behaviour due to CaO. Specifically, we clarified the effects of the following on chlamydospore morphology and germination: (a) pH, (b) calcium (Ca) concentration, (c) Ca concentration (pH adjusted to 6.5), and (d) CaO-added soil solution. Germination was suppressed at pH 4 and 10, in contrast with the normal germination at pH 6, 7, and 8. Treatments with more than 10 mg/L Ca melted the outer layer of chlamydospores and suppressed germination regardless of whether the pH was adjusted to 6.5. A saturated CaO solution induced bursting of chlamydospores. Suppressed germination and a melted outer chlamydospore layer were also observed, even though the soil buffering effect initially prevented the CaO-mediated pH increase. Furthermore, the chlamydospores within 15 mm from the CaO small lump exhibited suppressed germination in soil. In addition, there was no effect of CaO treatment on chlamydospore attachment to rice roots and hyphal invasion of rice roots in in vitro inoculation tests. These results suggest that Ca concentration is an important factor for inhibiting the occurrence of rice false smut disease.     

水稻幼穗与Ustilaginoidea virens互作早期的转录组分析

 由子囊菌门真菌稻绿核菌Ustilaginoidea virens引起的稻曲病是世界范围内水稻生产上的重要病害之一。但是,对水稻抗稻曲病的抗性机制仍不清楚。为初步探明水稻与稻曲病菌之间互作早期的分子调控机制,本研究采用比较转录组测序技术对稻曲病菌接种抗病品种‘IR28’和感病品种‘两优培九’(LYP9)6 h的测序数据进行了分析,试图初步阐明水稻抗病分子机制。分析发现,在抗病和感病品种中均差异表达基因有1 005个共表达,在这些基因中,抗病品种中表达上调基因(697个)多于感病品种中表达上调的基因(626个),下调的基因(308个)少于感病品种中下调表达的基因(379个);随后通过GO富集和KEGG代谢途径分析,发现苯丙烷类代谢途径和双萜植保素合成途径相关的基因、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶、糖基水解酶和过氧化物酶等基因在抗病品种中被显著诱导上调表达,而在感病品种中基因表达低于抗病品种或下调表达,推测这些基因很可能在水稻与稻曲病菌识别早期发挥重要的抗病作用。该研究结果可为水稻抗稻曲病基因克隆及抗稻曲病分子育种提供理论基础。     

稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。     

稻曲病菌SIX效应蛋白参与调控植物免疫

为明确稻曲病菌Ustilaginoidea virens的SIX(secreted in xylem)效应蛋白功能,利用生物信息学软件预测6个SIX1蛋白和1个SIX2蛋白的分泌特性,并通过酵母分泌系统对其分泌特性进行验证,在烟草上通过根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的瞬时表达系统检测SIX蛋白对小鼠促凋亡蛋白BAX、致病疫霉Phytophthora infestans激发子INF1、大豆疫霉Phytophthora sojae病原相关分子模式糖基水解酶XEG1引起烟草细胞坏死的作用,在烟草上表达SIX蛋白后接种辣椒疫霉Phytophthora capsici并观察其对辣椒疫霉侵染的作用。结果显示:所检测的SIX蛋白中有5个含有预测的信号肽,2个被预测为非经典分泌蛋白,但经酵母分泌系统验证均具有分泌功能;大部分SIX蛋白能够抑制BAX、INF1、XEG1引起的烟草细胞坏死,但抑制坏死的情况并不完全一致;大部分含信号肽的SIX蛋白能够促进辣椒疫霉侵染,UV8b＿3638去信号肽突变体也能够促进辣椒疫霉侵染。表明大多数SIX蛋白参与调控植物免疫,且能促进病原...     

细菌性软腐病菌Dickeya致病机理的研究进展

由Dickeya spp.引起的细菌性软腐病在多种作物和花卉上常造成严重的经济损失,尤其近年来由D.zeae引起的水稻细菌性基腐病和香蕉软腐病,以及由D.solani引起的马铃薯软腐病均造成重大的农业失收,这些问题促进了对该属细菌致病机理的重视和深入研究。同时,Dickeya属细菌基因组序列的发表将进一步加速对这些重要病原微生物的研究。本文旨在对Dickeya属细菌的寄主范围、主要致病因子及其调控系统的研究进展作详细的梳理分析,以明确这一重要领域的研究现状并为从分子水平上阐明Dickeya属病原细菌的致病机理和寄主专化性提供依据。