水稻白叶枯病菌双组分调控系统应答调节子基因gacAxoo的功能鉴定

为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,Xoo)双组分系统(TCS)的调控作用,本研究通过基因克隆、序列分析、缺失突变和互补、表型测定,对TCS应答调节子基因gacAxoo的功能进行了鉴定。克隆的gacAxoo基因编码蛋白GacAxoo与其它病原黄单胞菌的同源序列高度保守。GacAxoo是LuxR蛋白家族成员之一,具有磷酸受体结构域(REC)和DNA结合保守结构域(HTH)。用基因标记交换法,构建了△gacAxoo基因缺失突变体。与PXO99A相比,△gac-Axoo的致病性、致敏性、胞外降解酶类活性和嗜铁素产生能力无显著变化,但运动性明显减弱,基因互补可以使之恢复。因此,gacAxoo基因可能参与了Xoo运动性的调控。     

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。     

水稻白叶枯病菌转录调控因子基因fleQxoo和σ54因子基因rpoNxoo的分子鉴定

 为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,简称Xoo)鞭毛生物合成及运动性的调控机理,本研究首先通过基因克隆、序列分析、缺失突变及表型测定,对转录调控因子fleQxoo和编码σ⁵⁴因子的基因rpoNxoo进行了分子鉴定。通过基因特异性扩增,成功地从Xoo菌株PXO99^A中克隆了fleQxoo和rpoNxoo。其基因序列与其它黄单胞病原菌中的同源序列高度保守。FleQxoo是NtrC家族激活蛋白成员之一,具有与σ⁵⁴作用的结构域和DNA结合保守结构域(HTH)。用标记交换法构建了△fleQxoo和△rpoNxoo基因缺失突变体。与PXO99^A相比,△fleQxoo和△rpoNxoo鞭毛产生能力丧失,运动性减弱,基因互补可以使之恢复;但其胞外纤维素酶和木聚糖酶活性以及对烟草叶片组织的致敏性无明显改变。因此,FleQxoo和σ⁵⁴主要参与了鞭毛生物合成及其运动性的调控。     

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。     

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。     

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。     

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。     

CopAB基因突变导致PXO99对铜敏感和致病性降低

Cop基因簇是黄单胞菌属抗铜的主要基因位点,而水稻白叶枯病菌PXO99相对其他菌株对铜离子更加敏感。本研究发现抗铜基因Cop AB的6个氨基酸自然缺失突变是造成PXO99对铜离子敏感的主要因素。通过对Cop AB的缺失突变体和恢复抗铜能力的重组菌株的耐铜实验和接种实验,证实了Cop AB不仅参与黄单胞杆菌的抗铜功能,同时作为一种致病因子参与黄单胞杆菌与水稻的互作。为验证Cop AB基因的功能,从国内白叶枯病菌分离菌株中筛选到4株对铜离子敏感菌株,并证实其Cop AB基因也发生相似的突变。同时,恢复抗铜能力的PXO99互补菌株并不能克服xa13介导的抗性,而分离到的4株铜离子敏感的菌株中,3株不含Pth Xo1的菌株在IR24和IRBB13上致病性相当,说明PXO99对铜离子的敏感性与xa13基因介导的对PXO99专化抗性没有直接的关系。     

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。     

利用gusA基因在水稻组织中示踪和定量水稻白叶枯病菌的方法

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)从自然孔口水孔或者伤口处侵入水稻叶片,在维管束中定殖、繁殖和扩展,引起典型的叶枯症状。可视化这个动态的病程过程和快速定量水稻组织中细菌的群体是Xoo-水稻互作研究中亟待突破的技术难点。本研究在PXO99^A菌株中表达gusA基因,将其置于lacZ启动子、hrpX启动子和不含有(T₁)₄终止子的hrpX启动子下,构建了3个示踪菌株PXO99^A_GUSRBS、PXO99^A_GUSX和PXO99^A_GUSX-。水稻上毒性测定结果显示,这3个示踪菌株与野生型PXO99^A展现相同的毒性。利用示踪菌株,通过注射接种法,能够观察到Xoo在水稻维管束中定殖和扩展的动态变化;通过喷雾接种法,能够观察到Xoo从叶尖或者叶缘侵入水稻叶片引起发病的特性;发现PXO99^A_GUSX和PXO99^A_GUSX-比PXO99^A_GUSRBS能够更加灵敏地反映这些病程。同时发现,PXO99^A_GUSRBS的细菌数量与受其侵染的水稻组织的GUS活性显著正相关。本研究也评价了利用GUS活性测定法精确和快速地定量水稻组织中细菌群体的可行性。以上结果表明这套GUS系统是非常有效的,能够示踪病原菌的侵染过程和监测细菌在水稻组织中的群体数量,这将为Xoo-水稻互作研究提供有力的技术支持。     

Involvement of Phosphoglucose Isomerase in Pathogenicity of Xanthomonas oryzae pv. oryzae

ABSTRACT Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the causal agent of bacterial leaf blight of rice, was subjected to transposon mutagenesis to generate mutants defective in pathogenicity. A novel mutant 74M913 was attenuated in virulence but retained its ability to cause the hypersensitive response in leaf blight-resistant rice and tomato. Cloning and sequence analysis revealed that the transposon in 74M913 was inserted in a gene homologous to the phosphoglucose isomerase (pgi) gene of X. axonopodis pv. citri. Growth of the mutant in a synthetic medium containing fructose or xylose as a sole carbohydrate source was much reduced, indicating the transposon disrupted pgi function. The interaction between expression of pgi and hypersensitive response and pathogenicity (hrp) genes was investigated because we had demonstrated previously that expression of hrp genes of X. oryzae pv. oryzae is induced in a synthetic medium containing xylose. However, pgi and the hrp gene (hrcU) were expressed independently. This study suggests that PGI is involved in pathogenicity of X. oryzae pv. oryzae.     

Antagonistic Interactions Between Strains of Xanthomonas oryzae pv. oryzae

ABSTRACT The ability of some phytopathogenic bacterial strains to inhibit the growth of others in mixed infections has been well documented. Here we report that such antagonistic interactions occur between several wild-type strains of the rice bacterial blight pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae. In mixed inoculations, a wild-type Philippine strain was found to inhibit the growth of a wild-type Korean strain. Furthermore, a nonpathogenic mutant of the Philippine strain maintained these antagonistic properties. Growth curve analysis indicated that both the wild-type Philippine strain and its nonpathogenic mutant inhibited the growth of the Korean strain 2 days after infection and prior to the onset of disease symptoms. When mixed with the nonpathogenic mutant, 10 out of 18 diverse wild-type X. oryzae pv. oryzae strains did not cause disease. Conversely, three of the strains that were not affected by the nonpathogenic mutant were found to inhibit the growth of both the wild-type and mutant Philippine strains, indicating that antagonism is widespread and strain specific. The observed growth inhibition occurred only in planta and did not correlate with bacteriocin activity in vitro. Antagonistic interactions also were found to affect resistance (R) gene-mediated resistance. The R gene Xa21 was capable of protecting rice plants coinoculated with nonantagonistic virulent and avirulent strains; however, when avirulent strains were coinoculated with virulent antagonistic strains, disease ensued. Taken together, these results indicate that X. oryzae pv. oryzae has evolved strategies to compete with rival strains in a fashion that allows virulent strains to evade R gene-mediated protection even when avirulent strains are present in the inoculum.     

水稻白叶枯病菌harpin基因的克隆与表达

 用PCR方法从水稻黄单胞菌白叶枯致病变种(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo) JxoIII菌株中克隆到编码诱导植物过敏性反应激发子的基因hrfA。同源性比较发现其推测产物与水稻白叶枯病菌菲律宾小种Pxo86的Hpa1有97.2%的序列一致性,比Hpa1少了一个-GGG-GG-氨基酸残基序列重复。基因经NdeI和BamHI双酶切后连到含T7启动子的高表达载体pET 30a (+)上构建重组质粒pHRF4,并转化宿主菌BL21(DE3)产生表达菌株BLHR4。经过IPTG诱导之后,BLHR4产生一分子量为15.6 kD的蛋白质。研究表明,该蛋白在性质与功能上类似于其它已发现的harpins,即能够在烟草上引起典型的过敏性反应,富含甘氨酸、热稳定以及对蛋白酶敏感。因此,我们把该蛋白定名为harpin_Xoo。harpin_Xoo还具有诱导植物抗病性的功能。     

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。     

云南水稻白叶枯病菌生理小种初析

从云南省 5个地州14个县市的水稻白叶枯病标本中分离水稻白叶枯病菌菌株 ,选择具有区域代表性的菌株 5 1株 ,利用已知抗病基因的近等基因系 ,在孕穗期应用剪叶法接种明确其生理小种。鉴定结果表明 ,云南省水稻白叶枯病菌小种复杂多样 ,共有 14种类型 ,暂定为YN1～YN14 ,优势生理小种为YN3、YN8、YN11,其中YN3分布在红河、德宏等 4个县市 ;YN8小种分布在大理等地区 ,小种的分布可能受地理区域的影响     

katExoo基因缺失突变对水稻白叶枯病菌H2O2抗性和致病性的影响

 为了揭示过氧化氢酶基因katExoo在水稻白叶枯病菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzae,Xoo)过氧化氢(H₂O₂)抗性和致病性中的功能,本研究构建了基因缺失突变体ΔkatExoo,测定了突变体的H₂O₂抗性、过氧化氢酶(CAT)活性、在离体培养条件下的生长速率以及对水稻的致病性。用标记基因置换法获得了ΔkatExoo突变体,其保守的CAT结构域(GATase1_catalase和catalase_clade_2)被Gm^R片段所替换。katExoo基因缺失突变并不导致病菌的H₂O₂抗性和CAT活性降低或丧失,反而在一定程度上使之增强和升高。ΔkatExoo离体生长量显著降低,水稻接种叶片病斑明显缩短、在叶组织内的种群量下降。表明基因缺失突变显著地影响了病菌的生长、定殖和致病性。本研究结果为“KatExoo可能是Xoo的一个毒性因子”的假设提供了遗传学证据。     

我国水稻白叶枯病菌致病力分化研究

综述了我国水稻白叶枯病菌致病力分化及其致病基因和致病机制的研究进展 ,查明稻白叶枯病菌致病力分化状况是进行水稻抗白叶枯病育种及其抗性品种利用的基础。     

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。