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。     

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。     

水稻品种(组合)抗白叶枯病基因初探

 用菲律宾6个白叶枯病菌系(小种),将95个水稻品种(品系)划分为5个品种类群,为今后开展品种抗病性的基因分析提供了必要的条件。通过测试,提出舟松62、二九丰(早籼) 城特232、T₈₅₂₈、H₁₀₁、6003、T₈₈₅₀₆、T₈₈₅₁₇、R₈₉₅、绍糯₈₈₄₃、丙₈₈₁₅₁、台₂₀₂、T₈₈₅₂₂(晚粳)等13个具有广谱抗性的品种(系),可作杂交亲本利用。     

H2O2对水稻白叶枯病菌过氧化氢酶相关基因crg表达的诱导作用

 为了阐明H₂O₂对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)过氧化氢酶(CAT)相关基因(crg)表达的诱导作用,本研究定量分析了在水稻细胞-Xoo互作体系及其加入H₂O₂清除剂CAT后H₂O₂产量和crg表达;外源添加H₂O₂后的病菌生长和crg表达。结果表明:在互作条件下,H₂O₂含量稳定增加,10 h可达到峰值;在互作6 h时crg显著地被诱导表达;加入CAT显著地降低了H₂O₂含量和crg表达;在外源H₂O₂胁迫条件下,H₂O₂以浓度效应的方式影响病菌增殖,显著地诱导了catB和srpA表达。因此,Xoo-水稻互作导致了H₂O₂的发生。无论是互作产生的还是外源的H₂O₂均显著地诱导了Xoocrg表达,从而活化了H₂O₂降解途径。     

水稻抗病基因Xa21转入3个粳稻品种的抗性初步分析

 通过农杆菌介导转化,将已克隆的水稻白叶枯病抗性基因Xa21转入我国辽宁省3个粳稻品种:沈农606、辽粳454、辽粳294,共获得独立转基因系205个。通过PCR、GUS染色和Southern blot分析,证明Xa21基因已经整合到3个粳稻栽培品种的基因组中。通过温室接种菲律宾白叶枯病小种6的代表菌系PXO99,T₀代转基因水稻除了3-34表现部分抗性外,其它的转基因材料均表现高度抗病,表明Xa21转基因水稻已经获得抗性;温室接种T₁和T₂代试验表明,单拷贝整合的转化体呈现3:1分离,同时单拷贝3-34材料也表现部分抗性和感病3:1分离,证明已整合的Xa21基因能稳定遗传;同时对3-34部分抗性机制进行了分子生物学检测,证明GUS基因全部丢失、Xa21基因部分丢失并导致部分抗性。获得部分抗性材料,对于深入研究Xa21基因的功能区和研究抗病分子机制具有重要的意义。     

hrpE基因在水稻条斑病菌Hrp pilus形成和致病性中起重要作用

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xooc)的hrp(hypersensitive response and pathogenicity)基因簇编码形成Ⅲ型分泌系统(T3SS),将致病性的效应分子通过HrpF转位装置注入水稻细胞中,从而导致水稻产生抗(感)病性,但Xooc的HrpE是否形成Hrp pilus还不清楚。本研究对Xooc的hrpE基因进行突变,发现hrpE突变体在水稻上丧失致病性和在烟草上丧失激发HR的能力。与水稻互作结果显示,hrpE突变体不能够与水稻细胞互作,其在水稻组织中的生长能力显著下降。电镜结果显示,hrpE突变体不能够形成Hrp pilus,从而导致水稻条斑病菌丧失在水稻上的致病性。功能互补结果显示,完整的hrpE基因可以恢复hrpE突变体在烟草上激发HR反应的能力、在水稻上的致病性以及在水稻薄壁细胞间形成Hrp pilus的能力,表明hrpE基因形成Hrp pilus是水稻条斑病菌分泌致病性效应分子的重要条件。     

三重PCR检测黄瓜炭疽病菌、菌核病菌和细菌性萎蔫病菌

 本试验建立一种可同时检测黄瓜炭疽病(Colletotrichum orbiculare)、黄瓜菌核病(Sclerotinia sclerotiorum(Lib.)de Bary)和黄瓜细菌性萎蔫病(Erwinia tracheiphila)等黄瓜主要病害病原菌的三重PCR检测体系。采用正交试验设计方法, 对三重PCR的影响因素分析研究, 进行退火温度优化, 并以3个引物组、Taq DNA聚合酶、dNTP和Mg²⁺ 共6因素3水平进行多重PCR体系优化, 成功建立了适合黄瓜主要病害的三重PCR最佳检测体系, 即25 μL的反应体系中含有0.24 μmol·L^-1 CY1/CY2;0.72 μmol·L^-1 SSFWD/SSREV;0.336 μmol·L^-1 ET-P1/ ET-P2;1 U Taq聚合酶;0.15 mmol·L^-1 dNTP;1 mmol·L^-1 MgCl₂, 最适退火温度为63℃。该方法能够快速从田间黄瓜发病植株和根围土壤中将黄瓜炭疽病菌、黄瓜菌核病菌和黄瓜细菌性萎蔫病菌检测出来, 灵敏度可以达到10 pg·μL^-1。     

马铃薯Y病毒CP基因5'端和3'端反向重复结构介导的抗病性研究

 本研究克隆了来源于马铃薯Y病毒坏死株系(PVY^N)外壳蛋白(CP)基因(PVY^N CP)5'端和3'端的反向重复cDNA序列,并构建了植物表达载体pROKⅡ-5'IR和pROKⅡ-3'IR,利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草NC89,分别获得166和126株转基因烟草。抗病性试验表明,转化PVY^N CP基因3'端茎50 bp(环50 bp) hpRNA(hairpin RNA)的烟草抗病率达69%,而转化PVY^N CP基因5'端相同片段长度的hpRNA的烟草却全部发病。Southern blot结果表明,转基因植株的抗病性与转基因的拷贝数之间无明显的相关性;Northern blot结果表明,目的片段转录产物的积累量与植株的抗病性呈负相关,证明所获得的抗病性是RNA介导的抗病性。研究结果证明PVY^N CP基因的3'端比5'端更能有效地诱发基因沉默,并且hpRNA茎部的长度可减少到50 bp。该结果为探索利用CP基因的最短长度和有效部位的基因片段来培育多抗病毒转基因植物提供了依据。     

谷子抵御白发病菌侵染的生理生化及基因表达分析

 白发病已成为我国谷子生产上的重要病害,不仅造成产量下降,还对谷子品质构成威胁。有关谷子品种响应白发病菌侵染的生理生化机制研究尚未见报道。本研究采用病菌卵孢子和谷粒混合的接菌方法分别接种抗病品种‘G1'和高感品种‘晋谷21'(JG21),并测定抗感谷子的植株形态指标、光合参数、防御酶活性、抗氧化酶活性、可溶性糖及脯氨酸含量,同时结合基因表达分析,旨在明确谷子响应白发病菌侵染机制。结果表明,白发病菌侵染抗感品种后,植株高度及叶面积均表现出不同程度的下降,感病品种的株高降低幅度远大于抗病品种;与抗病品种相比,感病品种中除了胞间CO₂浓度显著升高外,其他光合参数显著下降,且均低于抗病品种。抗病品种中抗氧化酶和防御酶活性及脯氨酸、可溶性糖含量均升高,显著高于感病品种。抗病相关基因Seita.2G024600(PR1)、Seita.7G168700(PAL)、Seita.1G240200(PAL)和 Seita.9G462500(POD)在抗病品种中上调,而在感病品种中表达受到抑制或下调。以上光合参数、酶活性、Pro和可溶性糖含量变化等生理生化指标可作为抗性鉴定和种质筛选的参考,这些差异表达基因可能参与了谷子对白发病菌抗病调控。研究结果可为谷子抗病分子机制及分子改良育种提供理论基础。     

转基因烟草中PVYN CP基因沉默及其介导的抗病性受温度的调控

 本研究以转不可翻译的马铃薯Y病毒坏死株系外壳蛋白基因(PVY^N CP)烟草的T₃代植株为材料,在获得高度抗病植株并证明转基因植株的抗病性是由RNA沉默介导的基础上,采用Northern杂交及ELISA检测病毒的方法,分析了温度对转基因烟草中RNA沉默以及转基因植株抗病水平的影响。结果表明,低温可以改变转基因植株中已发生的RNA沉默和转基因植株的抗病状态。在15℃低温下生长的转基因植株,转基因产生的RNA沉默被抑制,转基因植株失去了对PVY^N高度抗病的特性,表现感病症状;而在25℃或以上高温(30℃、35℃)下生长的转基因植株,转基因产生的RNA沉默没有发生被抑制的现象,转基因植株对PVY^N病毒的侵染仍保持高度抗病性。     

转基因水稻中β-1,3-葡聚糖酶基因启动子缺失体P3的激发子诱导活性

 选择合适的启动子是植物抗病基因工程的关键性因素,病原菌诱导型启动子的获得将为植物提供更多的启动子选择。将大麦β-1,3-葡聚糖酶同工酶GⅢ基因启动子的缺失体片段P3与报告基因gus (β-葡聚糖酸醛苷酶基因)偶联,构建植物表达载体,通过农杆菌介导法转化水稻。PCR结果表明,所获得的10株潮霉素抗性水稻植株均呈PCR阳性;DNA印迹法结果显示,9株含P3/gus的融合基因已整合到水稻基因组DNA中。GUS组织化学染色及荧光法结果显示,P3缺失体驱动的gus在激发子诱导后,获得了高水平表达。T₁代种子的GUS组织化学染色结果也表明,激发子可以诱导高水平的P3活性。     

Effects of water stress on growth phenology photosynthesis and leaf water potential in Stipagrostis ciliata (Desf.) De Winter in North Africa

Stipagrostis ciliata (Desf.) De Winter is a pastoral C₄ grass grown in arid regions. This research work focused on assessing the growth of S. ciliata accessions derived from two different climate regions (a wet arid region in the Bou Hedma National Park in the central and southern part of Tunisia (coded as WA), and a dry arid region from the Matmata Mountain in the south of Tunisia (coded as DA)) under water stress conditions. Specifically, the study aimed to investigate the phenological and physiological responses of potted S. ciliata seedlings under different water treatments: T₁ (200 mm/a), T₂ (150 mm/a), T₃ (100 mm/a) and T₄ (50 mm/a). Growth phenology, net photosynthesis (P_n), stomatal conductance (g_s), midday leaf water potential (Ψ_md), predawn leaf water potential (Ψ_pd), soil water content (SWC) and soil water potential (Ψ_s) were observed during the water stress cycle (from December 2016 to November 2017). The obtained results showed that the highest growth potential of the two accessions (WA and DA) was recorded under treatment T₁. The two accessions responded differently and significantly to water stress. Photosynthetic parameters, such as P_n and g_s, decreased sharply under treatments T₂, T₃ and T₄ compared to treatment T₁. The higher water stress increased the R/S ratio (the ratio of root dry biomass to shoot dry biomass), with values of 1.29 and 2.74 under treatment T₄ for accessions WA and DA, respectively. Principal component analysis (PCA) was applied, and the separation of S. ciliata accessions on the first two axes of PCA (PC1 and PC2) suggested that accession DA was detected in the negative extremity of PC1 and PC2 under treatments T₁ and T₂. This accession was characterized by a high number of spikes. For treatments T₃ and T₄, both accessions were detected in the negative extremity of PC1 and PC2. They were characterized by a high root dry biomass. Therefore, S. ciliata accessions responded to water stress by displaying significant changes in their behaviours. Accession WA from the Bou Hedma National Park (wet arid region) showed higher drought tolerance than accession DA from the Matmata Mountain (dry arid region). S. ciliata exhibits a significant adaptation capacity for water limitation and may be an important species for ecosystem restoration.     

HarpinXoo诱发烟草过敏反应早期H2O2变化及有关基因表达

 Harpin_Xoo是水稻黄单胞细菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)产生的蛋白类激发子,用harpin_Xoo注射烟草最早在处理后20h出现肉眼可见的细胞死亡(macro-HR),分别经埃文斯蓝(Evans blue)和台盼兰(Trypan blue)染色观察,发现诱导后4-8h即开始有少量细胞死亡,表明在macro-HR发生前烟草细胞已陆续发生微细胞死亡(micro-HR);对二氨基联苯胺(diamino benzidine,DAB)染色显示,在烟草细胞死亡早期,伴有H₂O₂的明显积累;定量RT-PCR法对H₂O₂代谢相关基因的表达进行了分析,发现harpin_Xoo诱导后1h编码NADPH氧化酶的基因rboh即开始表达,3~7h表达较强,10h开始减弱,表达趋势与H₂O₂积累趋势一致;编码交替氧化酶的基因aoxl表达较迟,sodA基因则在诱导后表达减弱。这些基因的不同表达模式说明,它们在harpin_Xoo诱导的H₂O₂代谢过程中可能具有不同的作用。     

利用枯草芽胞杆菌表达系统进行马铃薯抗细菌基因的筛选

 抗菌肽是植物先天免疫系统的重要组成部分,具有良好的广谱抗菌活性,因此作为抗生素的替代品有较好的应用前景。马铃薯野生种(Solanum demissum)作为重要的种质资源,含有丰富的抗性基因。本研究利用指示菌内置文库抗性基因筛选技术,将马铃薯野生种cDNA文库转入指示菌枯草芽胞杆菌内,筛选出两种具有广谱抗菌活性的抗菌肽SdR2332和SdR2770。课题组分别测定了它们的热稳定性、酶稳定性、紫外线稳定性、最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)和溶血性,旨在明确这两种新抗菌肽的实际可应用性;同时通过测定抗菌肽处理后病原菌活性氧(reactive oxygen species, ROS)迸发量、病原菌细胞形态观察和基因表达分析来探究抗菌肽的抑菌机制及防效。结果表明,抗菌肽SdR2332和SdR2770均具有良好的广谱抗细菌活性,且在低浓度下即可致死病原菌;它们还具有较为稳定的理化性质和较低的溶血性。经抗菌肽SdR2332和SdR2770处理后的青枯菌(Ralstonia solancearum)出现了明显的活性氧迸发现象,电镜下观察发现其细胞有一定程度的皱缩和破损,这表明抗菌肽对病原菌有杀伤作用。在qRT-PCR分析中,接种马铃薯的植株中SdR2770表达量明显上调,推测可能与植物抗病相关。本研究结果为新抗菌肽的研发提供了一定的理论基础和参考价值。     

中国小麦贵州98-18中抗叶锈基因的分子定位

小麦(Triticum aestivum)品系贵州98-18对中国目前大多数叶锈菌(Puccinia triticina)生理小种表现抗性。基因推导表明,贵州98-18可能携带新的抗叶锈基因。为了有效利用这一抗源,将贵州98-18和感病小麦品种郑州5389杂交,获得F1、F2代群体,用我国叶锈菌优势小种THTT对双亲及其杂交后代进行接种鉴定。结果表明,贵州98-18对THTT的抗性由1对显性基因控制,暂命名为LrG98。采用SSR技术对贵州98-18携带的抗病基因进行分子标记,共筛选了1 274对SSR或STS引物,位于1BL染色体上的4对引物可在抗/感池和双亲中扩增出多态性DNA片段。遗传连锁分析结果表明,该抗病基因位于小麦1BL染色体上,与Xbarc582-1B和Lr26的STS标记ω-secali(Glu-B3)的遗传距离最近,均为3.8 cM。该基因与目前所有已知的抗叶锈基因不同,可能是1个新的抗病基因。     

小麦条锈菌鉴别寄主Heines peko抗性遗传分析及SSR标记

 用中国条锈菌生理小种对欧洲鉴别寄主Heines peko进行抗条锈性遗传机制研究,将为挖掘新的抗条锈基因、培育优良抗条锈性品种奠定基础。用Heinespeko与小麦感病品种铭贤169杂交、自交获F₁、F₂和F₃代群体。对亲本及其后代分别在苗期接种条中30号、条中31号、条中32号和水-4,进行遗传分析。结果表明,Heines peko对条中30号小种的抗性由1对隐性基因控制。对条中31号、水-4的抗性均由1显1隐2对基因互补或抑制作用控制,Heines peko对2个小种的抗性可能由相同基因控制。对条中32号的抗性是由2对隐性基因相互抑制控制。利用分组分析法(BAS)对抗条中30号小种的遗传群体进行分子作图,筛选到1个位于2AS与抗条中30号小种基因连锁的SSR标记Barc212,用Barc212对170个F₂代单株分析表明,该基因与Barc212引物扩增位点的遗传距离为10.6cM。Barc212可作为抗条中30号基因的SSR标记。     

转隐地蛋白基因烟草的抗病性及遗传分析

 对转隐地蛋白(Cryptogein)基因烟草植株进行了抗病性测定、抗病分子机理及遗传分析的研究。结果表明:80%以上的转基因植株对烟草上3种重要病原菌的抗病性均增强,且能稳定遗传;转基因烟草植株的抗病性与整合的拷贝数成负相关,即绝大多数高度抗病的植株只含有1个拷贝,而感病植株一般为2~3个拷贝;部分转基因烟草植株Northern杂交分析表明:病程相关蛋白和渗透调节蛋白等防卫反应相关基因的表达丰度与转基因植株的抗病性存在着一定的正相关性,表达丰度越高,抗病性越强;综合农艺性状考察表明Cryptogein基因对烟草植株的生长有显著的促进作用。     

植物源病毒抑制剂VFB对烟草抗烟草花叶病毒的诱导作用研究

为揭示植物源病毒抑制剂VFB的抗病毒机理,本研究以普通烟和烟草花叶病毒(TMV)为材料,测定了VFB进行预防和治疗处理后烟草中与抗病性相关的部分生理生化指标变化。结果表明:VFB可明显抑制病毒侵染后导致的细胞膜通透性增大;SOD、CAT、β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶等细胞防御酶活性增强,且预防处理的效果优于治疗处理;与抗病性呈正相关的脯氨酸和总游离氨基酸的含量有显著的提高。表明VFB可诱导植物产生抗病性,增强烟草对TMV侵染的抵抗能力。