甘蔗镰孢菌FsANT基因的克隆及表达模式分析

甘蔗是我国主要的糖料作物,是生产蔗糖最主要的原料,甘蔗生产过程中受到的病虫害威胁给蔗糖产业造成了严重的损失。甘蔗镰孢菌（Fusarium sacchari）引起的梢腐病是一种真菌性病害,严重影响甘蔗作物生产。镰孢菌致病基因的研究对于梢腐病的防治具有重要意义。腺苷酸转移酶（adenine nucleotide translocase, ANT）介导线粒体与细胞质基质之间ADP/ATP的交换,在真核细胞能量代谢中发挥重要作用,与细胞的生长、发育和凋亡密切相关。本研究克隆获得了长936 bp具有完整开放阅读框（open reading frame, ORF）的甘蔗镰孢菌ANT基因序列,命名为FsANT,其编码311个氨基酸,并且与小麦条锈菌病原菌ANT蛋白和小麦白粉病病原菌ANT序列相似性较高。蛋白软件分析显示,该基因编码的蛋白为稳定的疏水蛋白,含有5个跨膜结构,一个ADP/ATP transporter结构域,有3个同源重复的MCF基序,与粒体转运蛋白家族（mitochondrial carrier family,MCF）的基本结构特点相吻合。软件预测分析发现FsANT基因可能定位在线粒体。qRT-PCR结果显示,FsANT基因在菌丝生长时期的表达相对稳定无显著差异;在与甘蔗互作过程的表达模式表现为：接种后12 h该基因开始上调表达,24 h表达量显著升高,72 h达到表达高峰。推测FsANT基因的表达不仅与甘蔗镰孢菌细胞的生长相关,同时可能参与F. sacchari与甘蔗的互作过程,且主要在侵染后期发挥功能。研究病原菌生长保守基因为甘蔗抗梢腐病育种提供新思路。     

甘蔗内生菌分离鉴定及功能多样性研究

为探究甘蔗内生菌多样性组成及相关特性,本研究采用稀释涂板法分离并结合形态观察和分子标记(gyrB,rpoB, ITS, 16S rDNA)进行鉴定。结果表明,从12个栽培品种(系)和5个野生种无性系的根、茎、叶组织中共分离到细菌589株、放线菌34株和真菌46株;细菌中固氮菌有41株,溶磷菌有98株,解钾菌有52株,对黄曲霉和禾谷镰刀菌具有拮抗作用分别有44株和35株。内生细菌分属21个属,其中芽孢杆菌属、伯克氏菌属、肠杆菌属和泛菌属为优势属;内生真菌分属于枝顶孢属、链格孢属、曲霉属、镰刀菌属、枝孢属等17个属,而放线菌仅为链霉菌属。具有潜在植物益生功能的菌株主要集中在芽孢杆菌属、伯克氏菌属、肠杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属、类芽孢杆菌属及泛菌属。本研究显示甘蔗栽培品种(系)和野生种无性系均含有丰富的内生菌资源,且栽培品种(系)所含内生菌在数量和多样性上均高于野生种无性系;12个栽培品种(系)间所分离到的内生细菌大部分相同,但也存在差异。通过初步的功能鉴定,筛选出一些具有应用潜力的益生微生物,为开发相应功能的生物菌剂奠定基础。     

甘蔗镰孢菌插入突变体库的构建、致病变异突变体筛选及突变基因定位

由镰孢菌复合种引起的甘蔗梢腐病（pokkah boeng disease, PBD）是甘蔗的主要病害之一。在广西,甘蔗镰孢菌（Fusarium sacchari）是PBD的优势病原菌。尽管PBD的研究已有较长的历史,但甘蔗镰孢菌的致病分子机理远未得到阐明。为研究甘蔗镰孢菌的致病分子机理,本研究采用农杆菌介导的遗传转化（Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT）技术构建甘蔗镰孢菌FF001菌株的T-DNA插入突变体库。采用携带潮霉素B磷酸转移酶基因pTHR1-AH双元载体的农杆菌菌株AGL-1介导转化F. sacchari分生孢子,获得3018个转化子;随机选取12个转化子进行PCR检测和Southern杂交分析,结果显示所有检测突变株均插入潮霉素B磷酸转移酶基因,多数为单拷贝插入。采用离体叶片接种评价转化子的致病力,获得致病力明显减弱21个和致病力增强9个,共30个突变体。通过TAIL-PCR扩增测序并与甘蔗镰孢菌基因组序列比对,确定了其中27个突变株的T-DNA插入位点。观察到多个插入位点伴随有基因组片段缺失,导致1...     

甘肃省玉米根腐病致病镰孢菌分离与鉴定

为明确甘肃省玉米根腐病致病镰孢菌种类,2017～2019年在甘肃省不同地区采集玉米植株进行组织分离,采用形态学和分子生物学鉴定方法对分离物进行鉴定,按照柯赫氏法则对其致病性进行测定。结果表明,引起甘肃省玉米根腐病的致病镰孢菌为厚垣镰孢Fusarium chlamydosporum、禾谷镰孢F.graminearum、尖镰孢F.oxys-porum、层出镰孢F.proliferatum、茄镰孢F.solani、三线镰孢F.tricinctum、拟轮枝镰孢F.verticillioides和产黄色镰孢F.thapsinum,其中尖镰孢和拟轮枝镰孢为优势镰孢菌,分离频率分别为22.5%和20%。通过致病性测定发现,所有分离的镰孢菌都会引起玉米根系不同程度变褐,导致根系生长缓慢、茎基部溢缩和腐烂、近地部叶片黄化、叶边缘干枯等症状。     

海南蔗区甘蔗黑穗病菌的分离鉴定

甘蔗黑穗病是由黑粉菌(Ustilago scitaminea Syd.)引起的一种真菌病害,严重危害甘蔗生产。为了能够准确鉴定海南黑穗病菌和选育出抗黑穗病的甘蔗品种,对采自海南省8个市(县)24个蔗区的24份甘蔗黑穗鞭进行病原菌分离,根据菌落形态学特征,结合光学显微镜观察及分子生物学方法进行鉴定,确定所分离到的病原菌即是甘蔗黑穗病菌(Ustilago scitaminea Syd.)。结果将为甘蔗黑穗病菌生理小种的鉴定奠定基础。     

甘蔗茎部内生细菌的分离及分子鉴定

采用稀释涂板法对广东省广州市白云区国家农业科技园区内的甘蔗茎部内生菌进行分离,同时进行16S rDNA扩增检测及同源性分析。结果表明：共分离获得20株不同的内生菌,所获得的内生菌分属于6个类群（Actinobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Betaproteobacteria、Firmicutes、Acidobacteriales）、16个属（Staphyococcus,Leifsonia、Kineococcus、Frondihabitans、Curtobacterium、Microbacterium、Amnibacterium、Methylobacterium、Rhizobium、Terriglobus、Sphingomonas、Acidisoma、Stenotrophomonas、Enterobacter、Burholderia、Variovorax）,其中,Actinobacteria和Alphaproteobacteria类群占总数的65％。除SC-4、SC-11与其同源细菌相似性分别为97％、96％外,其余分离菌与同源菌相似性均在98％以上。本研究结果在一定程度上反映了甘蔗茎部内生菌具有较高的多样性。     

甘蔗作物施用钾肥的效应研究

本文通过钾肥不同用量的试验研究,阐明了土壤有效钾为125.1mg/kg时种植甘蔗作物施钾对其产量、产值及主要农艺性状等方面的影响效应,提出了施钾显著增产增值的土壤临界值及合理用量与方法,证明了施钾是提高甘蔗作物产量和糖分的有效技术途径,应用效果前景广阔.     

甘蔗DELLA蛋白GAI基因的蛋白表达及纯化

赤霉素是开花植物生长发育过程中一个重要的激素,调控种子萌发、茎伸长、叶片扩张、花器官发育,参与各种生物胁迫等多种途径;DELLA蛋白是赤霉素信号途径的抑制因子,DELLA蛋白通过与其他蛋白互作进行相关调控。为研究甘蔗蛋白调控机制,本研究利用原核表达技术体外诱导进行表达。结果表明,ScGAI蛋白全长不表达,但ScGAI-C在pET-28a(+MBP)中能够有效表达,大量诱导蛋白表达后经镍柱纯化,Western blot分析验证ScGAI蛋白被成功诱导出来。     

向日葵柄锈菌效应蛋白的预测及筛选

向日葵柄锈菌（Puccinia helianthi Schw.）引发向日葵锈病,对生产具有破坏性。为深入了解锈菌效应蛋白,研究病原与寄主的互作机理,在获得向日葵柄锈菌分泌蛋白组的基础上,利用生物信息学软件预测及分析向日葵柄锈菌效应蛋白,采用qRT-PCR检测其中7个候选效应蛋白基因在接种叶片中的相对表达量。结果表明：在供试的900个锈菌的分泌蛋白中预测到候选效应蛋白497个。基因特征分析显示,开放阅读框长度在200～399 bp之间的最多;信号肽长度集中在16～27个氨基酸残基（占92.96%）;信号肽氨基酸组成中亮氨酸出现频率最高,其次为丙氨酸、异亮氨酸;信号肽识别位点以SpⅠ型为主。本研究获得了7个向日葵柄锈菌的效应蛋白,qRT-PCR检测表明柄锈菌接种向日葵叶片后,与纯孢子相比,这7个效应蛋白编码基因均上调表达,说明其参与了锈菌侵染向日葵的过程。     

甘蔗梢腐病菌Fusarium sacchari CYP51基因克隆及遗传转化

甾醇14α-去甲基化酶（CYP51）是生物细胞膜合成所需的一个非常重要的酶,在病原菌的耐药性、致病性和生长繁殖等方面发挥着非常重要的作用。研究表明干扰真菌的CYP51基因表达导致其无法正常生长,显著降低其致病性。本研究以甘蔗梢腐病菌甘蔗镰刀菌（Fusarium sacchari）为试验材料,根据基因组测序数据设计特异性引物克隆得到了FsCYP51基因全长和CDS全长。生物信息学分析表明,该基因序列全长1947 bp,编码区由2个内含子和3个外显子组成,CDS全长1554 bp,编码517个氨基酸,编码蛋白理论相对分子量为58.61 kDa。其编码蛋白的二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲构成,具有典型的CYP51保守结构域。预测其亚细胞定位于细胞膜,且存在2个跨膜区域。系统进化分析表明,FsCYP51基因属于CYP51C这一类,与串珠镰刀菌（F. verticillioides）的CYP51C基因亲缘关系最近。同时,根据克隆到的基因全长和CDS全长构建了多价HIGS植物表达载体,并利用基因枪介导的遗传转化方法将干扰片段成功转化至甘蔗受体材料,为研究FsCYP51基因功能和创制抗梢腐病甘蔗种质奠定基础。     

美国引进甘蔗材料对梢腐病菌（Fusarium sacchari）的室内抗性评价

为了筛选抗甘蔗梢腐病的优异种质材料,采用室内离体接种方法对70份甘蔗种质材料进行梢腐病抗性鉴定。根据发病程度划分的抗性等级和聚类分析的方法综合评价种质材料的抗性。结果表明,甘蔗分蘖期对梢腐病菌的免疫力较伸长期差。参试的70个种质材料中,高抗材料6个,占8.57%;抗病材料15个,占21.43%;中抗材料13个,占18.57%;中感材料12个,占17.14%;感病材料13个,占18.57%;高感材料11个,占15.71%。在2次不同生育期接种过程中‘HoCP02-263’均未发病,很可能是对Fusarium sacchari免疫的材料。系统聚类分析的结果与材料的抗性表现基本一致。甘蔗梢腐病的抗性评价较佳时期为分蘖期。     

小麦新品系赤霉病抗性鉴定及基因效应分析

为创制黄淮麦区小麦新品系、提高小麦抗赤霉病育种效率,2022年在小麦扬花期利用喷洒孢子液的方法对81份抗赤霉病高代品系和4份对照品种在濉溪柳湖试验基地开展了赤霉病抗性鉴定,并利用与4个抗赤霉病主效基因Fhb1、Fhb2、Fhb4和Fhb5紧密连锁的6个标记对供试小麦材料进行了基因型检测。结果表明,供试81份材料的赤霉病抗性整体较好,平均病小穗率为27.95%,其中13份自育品系平均病小穗率低于扬麦20;携带单个或多个赤霉病抗性基因的品系共有60份,Fhb1、Fhb2、Fhb4、Fhb5检出频率分别为64.20%、12.35%、20.99%、34.57%;携带单个抗病基因Fhb1、Fhb4、Fhb5的小麦品系分别为18份、3份、2份;有45.68%品系同时携带2～3个赤霉病抗性基因。携带抗性基因的品系平均病小穗率低于不含抗性基因的品系;聚合多个抗赤霉病基因可以有效提高小麦品种的抗赤霉病水平。     

几株尖孢镰刀菌的绿色荧光蛋白基因转化

利用PEG介导的原生质体转化方法,将绿色荧光蛋白基因转入到6株香蕉枯萎病菌和1株棉花枯萎病菌中。结果表明：转化子连续转接5代能够稳定遗传,荧光强度良好,PCR验证gfp基因已转入到菌株中,为后续研究香蕉枯萎病菌和棉花枯萎病菌的侵染、防治等提供可视化的检测和分析手段。     

2022年河南省小麦茎基腐病和赤霉病病原种群分离鉴定

近年来,茎基腐病和赤霉病在中国黄淮麦区发生严重,对小麦产量及品质造成较大影响。各地报道小麦茎基腐病和赤霉病病原菌种类有所差异。为明确当前中国小麦主产区河南小麦茎基腐病和赤霉病病原菌种类变化情况,本研究对2022年采自河南省安阳、漯河、周口、南阳等8个不同生态区的小麦茎基腐病病株和赤霉病病穗进行了分离纯化,分别得到257和88株分离物。形态学及分子生物学鉴定结果表明,小麦茎基腐病样品分离物中,假禾谷镰孢菌(Fusarium pseudograminearum)231株,占比89.88%;禾谷镰孢菌(F.graminearum)23株,占比8.95%。赤霉病样品的分离物中,禾谷镰孢菌76株,占比86.36%;假禾谷镰孢菌10株,占比11.36%。2022年河南省所有采样地区的茎基腐病的优势病原菌均为假禾谷镰孢菌,赤霉病的优势病原菌仍为禾谷镰孢菌,但赤霉病样品分离物中假禾谷镰孢菌的占比有所增长,特别是在安阳、平顶山和漯河市的赤霉病样品中假禾谷镰孢菌的分离频率达到了10%以上。     

青稞镰孢根腐病病原鉴定及致病性分析

为明确青稞镰孢根腐病的病原,于青稞苗期及成株期分别对甘肃省甘南藏族自治州合作市、临潭县和卓尼县等青稞主产区的根腐病发生情况进行调查并采集样品,采用常规的组织分离法分离其病原,结合形态特征和分子生物学进行病原鉴定,并用烧杯水琼脂法和盆栽法测定其致病性。结果表明,青稞镰孢根腐病在甘肃省甘南藏族自治州分布广泛,发病率在5%～20%之间。发病植株长势弱、发黄,茎基部缢缩、腐烂,穗白粒瘪,茎秆发褐或黑红。共分离得到88株青稞镰孢根腐病病原菌,苗期50株,成株期38株,经鉴定分别为燕麦镰孢Fusarium avenaceum、木贼镰孢F.equiseti、三线镰孢F.tricinctum、柔毛镰孢F.flocciferum、锐顶镰孢F.acuminatum及F.langsethiae。盆栽法和烧杯水琼脂法所测得的致病性差异显著,但均表明燕麦镰孢综合致病力较强,结合其分离率,确认燕麦镰孢为优势病原。     

水稻旱育秧苗立枯病致病镰刀菌分离、鉴定及致病性测定

对345份采自安徽凤阳、蒙城、定远等地的水稻立枯病病样进行了分离,获得了58个致病的镰刀菌单孢株系,经鉴定为6个种,其中以串珠镰刀菌比例最大,占60.35%,砖红镰刀菌、尖孢镰刀菌、茄类镰刀菌、半裸镰刀菌、多隔镰刀菌所占比例分别为10.35%、13.79%、5.17%、6.90%和3.45%.致病力测定结果表明串珠镰刀菌的致病力最强;病菌在根中部和根基部的侵染发病率高于根尖和茎基部.不同培养液培养镰刀菌的滤液可以引起相同或更严重的症状.     

中粒种咖啡新发砖红镰刀叶枯病病原菌鉴定及其病原生物学分析

针对引起海南省白沙农场中粒种咖啡成株叶片呈砖红色枯萎症状的一种未知病害的病原菌进行分离,分离得到菌株21BS02-1和21BS02-2。将分离菌株接种到叶片并观察症状,发现菌株21BS02-1的发病症状与田间症状一致,通过再分离获得的菌株发病症状也与初始病原菌症状一致,由此确定菌株21BS02-1即为致病菌。菌株21BS02-1的菌落主要呈白色,毡状,菌丝致密,菌落中央呈玫瑰色;其菌丝体细长,部分菌丝为有隔菌丝;大型分生孢子两端稍弯曲,形状似镰刀,其大小为(56.26~175.76)μm × (12.93~19.78)μm,有3~7个分隔;小型分生孢子较少,呈椭圆形,0~1个分隔;根据形态特征初步鉴定该病原菌为镰刀菌（Fusarium sp.）。进一步对菌株21BS02-1的ITS、β-tubulin、TEF基因序列进行克隆测序,经Blast搜索表明,其ITS、β-tubulin、TEF序列与Fusarium lateritium的同源性分别达到99.56%（MN686293）、100%（KJ00154）、99.68%（KF918550）。3个单基因聚类树均一致,表明菌株21BS02-1属于砖红镰刀菌（F. lateritium）。生物学特性测定表明,致病菌21BS02-1最适合的培养基为OMA和CMA培养基;碳源为蔗糖时的利用率最高;牛肉浸膏为致病菌最适生长的氮源;12 h光暗交替条件下菌丝生长最快;pH在7~9范围内最适合该致病菌生长。本研究是砖红镰刀菌（F. lateritium）侵染中粒种咖啡较为详细的报道。     

香蕉枯萎病菌2个生理小种MAPK基因的克隆及序列分析

为了解香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cubense)1号生理小种(race 1)和4号生理小种(race4)丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)基因focMK1,focMK4的序列差异,根据番茄枯萎病(Fusarium oxysporum f.sp.lycopersici)的MAPK基因相关序列设计引物,利用PCR和RT-PCR技术,分别克隆了香蕉枯萎病菌2个生理小种的基因序列和开放阅读框。结果表明,所获得的2个MAPK基因均含有3个内含子和4个外显子,2个基因序列只有一个碱基差异,编码氨基酸355个,氨基酸组成无差异;根据生物信息学软件预测编码蛋白没有信号肽,具有2个功能位点,分子量和pI分别为41ku和6.47。该基因编码的蛋白具有高度保守性,与大多数植物致病菌的同源性都在90%以上,不同病原镰刀菌间的同源性接近100%。