禾谷镰孢染色质缩合调节因子FgRCC1的功能分析

小麦赤霉病是影响小麦产量与粮食安全的重大真菌病害之一,其主要致病菌为禾谷镰孢(Fusarium graminearum)。染色质缩合调节因子(RCC1)作为一种核蛋白,能促进Ran结合的GDP/GTP转换,在染色质缩合起始、核质转运和有丝分裂过程中起关键作用,但其在丝状真菌中的功能尚未见报道。本研究通过基因敲除的方法,获得了禾谷镰孢中基因FgRCC1的敲除突变体ΔFgRCC1和互补菌株ΔFgRCC1-C。通过表型测定分析,发现敲除突变体ΔFgRCC1的生长速率较野生型菌株PH-1和ΔFgRCC1-C降低约8.5%,且菌丝分枝变多。敲除突变体ΔFgRCC1的分生孢子产量降低约8.8%,并且隔膜数在4和5个的分生孢子比例明显增多。此外,敲除突变体ΔFgRCC1对杀菌剂戊唑醇变得敏感,而对多菌灵、刚果红、SDS、KCl、CaCl₂、MgCl₂的抗性增强。致病性测定发现,ΔFgRCC1在小麦上的致病力下降,并且其体内毒素体形成受阻,DON毒素生物合成显著减少,7种TRIs转录水平显著降低。研究结果表明,染色质缩合调节因子FgRCC1在禾谷镰孢菌丝生长...     

FpStuA参与假禾谷镰孢的产孢和致病性

 假禾谷镰孢是一种土传真菌,其引起的小麦茎基腐病已成为威胁我国小麦生产的重要病害。APSES蛋白是真菌中保守存在的一类转录因子,参与多种细胞生理过程。本研究,我们在假禾谷镰孢中鉴定到StuA同源蛋白FpStuA。qRT-PCR分析发现FpStuA在假禾谷镰孢分生孢子和侵染阶段诱导表达。通过PEG介导的原生质体转化方法获得3个FpStuA基因缺失的突变体。与假禾谷镰孢野生型菌株相比,Δfpstua突变体的生长速度明显减慢,气生菌丝减少;分生孢子的产生比野生型减少70%,且Δfpstua突变体分生孢子变短、分隔减少;Δfpstua突变体对大麦叶片、小麦胚芽鞘和小麦根的致病性均显著降低,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)合成明显减少。综上结果,转录因子FpStuA对假禾谷镰孢的生长、产孢和致病性都非常重要。     

番茄枯萎病菌转录因子FolMsn2的生物学功能

为探究转录因子FolMsn2在番茄枯萎病菌Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici生长发育及致病过程中的作用,以番茄枯萎病菌野生型菌株4287为材料,利用基因敲除方法获得FolMSN2基因缺失突变体△Folmsn2及回补体菌株△Folmsn2-C,通过测定菌株的生长速率、孢子产量及致病力等表型初步分析番茄枯萎病菌中FolMSN2的生物学功能。结果显示,与野生型菌株4287相比,FolMSN2基因敲除突变体△Folmsn2生长速率显著减慢,菌株产孢量显著下降,仅为野生型菌株4287产孢量的6.7%;外界环境压力胁迫试验结果显示,FolMSN2基因缺失突变体△Folmsn2对渗透压、盐胁迫的敏感性显著提高,而对细胞壁、氧化压力胁迫变得更加耐受。此外,FolMSN2基因缺失突变体△Folmsn2对番茄苗及果实的致病力显著下降,进一步分析发现FolMSN2基因缺失影响其对玻璃纸的穿透能力;亚细胞定位结果表明,FolMsn2蛋白定位于细胞核内。表明FolMsn2参与调控番茄枯萎病菌的营养生长、无性繁殖以及对不同环境胁迫的应答过程,其可能通过影响菌丝对寄主的穿透能...     

甘蔗镰孢菌质子偶联寡聚肽转运蛋白基因FsPTR2E的功能研究

甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)是引起甘蔗梢腐病的主要病原菌之一,明确其致病机理对于探寻甘蔗梢腐病防治策略具有重要意义。质子偶联寡聚肽转运蛋白由质子移动力提供能量,转运二肽、三肽等氮源,在生物体生长发育过程中发挥着至关重要的作用。本文对F.sacchari中一个与质子偶联寡聚肽转运蛋白编码基因高度同源的基因FsPTR2E在病菌大型分生孢子形成过程及侵染阶段的表达模式进行分析,同时对FsPTR2E敲除突变体(ΔFsPTR2E)的主要生物学特性进行研究。结果表明,1)同在常规培养基(PDA)上相比,F.sacchari在大型分生孢子诱导培养基上培养24～72 h,FsPTR2E的表达量显著升高;2)F.sacchari侵染寄主72 h时,FsPTR2E的表达量和菌丝阶段相比显著下降;3)敲除FsPTR2E不影响病菌生长、孢子萌发以及对逆境胁迫的响应,但是敲除突变体ΔFsPTR2E的大型分生孢子和小型分生孢子的产量和野生型菌株相比均显著降低;4)ΔFsPTR2E的致病力较野生型菌株显著增强;5)同野生型菌株一样,ΔFsPTR2E可以在以二肽为唯一氮源的培养基上正常生长。这些结...     

小RNA生物合成途径主要元件调控稻瘟病菌生长发育和致病性

为探究小RNA生物合成途径主要蛋白在稻瘟病菌Magnaporthe oryzae生长发育、胁迫响应和致病过程中的作用,在野生型菌株Guy11背景下,分别构建其单基因敲除突变体ΔMoago3、ΔModcl2、ΔMordrp2和双基因敲除突变体ΔMoago3ΔModcl2、ΔMoago3ΔMordrp2、ΔModcl2ΔMordrp2,并测定不同突变体的营养生长、产孢过程、对不同胁迫的响应、致病性及侵染菌丝类型。结果显示,仅双基因敲除突变体ΔMoago3ΔModcl2和ΔMoago3ΔMordrp2的菌落直径较野生型菌株Guy11显著减少;突变体ΔModcl2和ΔModcl2ΔMordrp2的产孢量分别显著下降至野生型菌株Guy11和突变体ΔMordrp2的66.67%;十二烷基硫酸钠（sodium dodecylsulfate,SDS）、NaCl、山梨醇和H2O2胁迫对各突变体的抑制率影响不显著,但在刚果红胁迫下,突变体ΔMoago3、ΔMordrp2和ΔMoago3ΔModcl2的抑制率均显著高于野生型菌株Guy11的抑制率;与野生型菌株Guy11相比,突变体ΔMoago3、ΔModc...     

液泡氨肽酶Y编码基因 PoAPE3在稻瘟病菌中的生物学功能研究

氨肽酶是一类可以选择性剪切氨基酸残基的蛋白酶, 液泡氨肽酶Y能够调控碱性氨基酸残基的剪切以及液泡的活性。本研究通过同源性比对获得酵母液泡氨肽酶Y在稻瘟病菌中的同源基因PoAPE3, 利用基因敲除法获得 PoAPE3基因敲除突变体(ΔPoAPE3), 并构建回补体菌株进行生物学功能分析。表型测定结果表明, PoAPE3基因敲除突变体在产孢量、孢子萌发率、致病性、侵染过程等方面与野生型均无明显差异。突变体在完全培养基(CM)和稻秆培养基(SDC)上生长速率下降, 且在应对胁迫剂H2O2时表现为更耐受, 应对刚果红时表现为更敏感。以上结果表明PoAPE3参与调控稻瘟病菌的营养生长和对外界环境胁迫的应答过程。     

禾谷镰刀菌蛋白激酶FgSid1的功能研究

 实验室前期已经对禾谷镰刀菌中116个蛋白激酶进行了鉴定,发现FgSID1基因(FGSG_07344)敲除突变体在有性生殖过程中存在严重缺陷,但其在禾谷镰刀菌中的具体功能却未被详细报道。本研究通过表型分析和亚细胞定位等实验明确了FgSid1在营养生长、有性发育和致病性等方面的功能。本研究发现FgSID1基因敲除突变体菌落生长速度显著变慢,分生孢子隔膜数量减少且产孢量下降;在有性生殖阶段,FgSID1基因敲除突变体的子囊壳形态和大小均正常,但子囊畸形且子囊孢子形成有缺陷;此外,FgSID1基因敲除突变体只能侵染接种小花,而无法扩展到穗轴及临近的小穗,且接种点的小麦籽粒DON毒素含量显著下降;研究还发现FgSID1基因敲除突变体的分生孢子、营养菌丝和子囊孢子的分隔中均含有多个细胞核;本研究又通过亚细胞定位实验发现FgSid1定位于微管组织中心。因此,蛋白激酶FgSid1可能通过参与禾谷镰刀菌无性和有性阶段的细胞分裂影响禾谷镰刀菌的营养生长、分生孢子和子囊孢子的发育以及侵染能力。     

玉蜀黍平脐蠕孢聚酮合酶基因BmPKS18的功能分析

玉蜀黍平脐蠕孢(Bipolaris maydis)引起的玉米小斑病严重影响了玉米的产量与质量。聚酮合酶参与调控多种毒素和黑色素的合成，在植物病原真菌生长发育和致病性方面发挥重要作用。解析聚酮合酶基因在B.maydis中的作用，对玉米小斑病防治具有重要指导意义。本研究通过基因敲除与回补的方法获得了聚酮合酶基因BmPKS18敲除突变体和回补菌株。与野生型和回补菌株相比，突变体ΔBmPKS18产生白化菌落，菌丝生长速率、产孢量和孢子萌发率显著降低，分生孢子无色且长度增加，有性生殖能力存在缺陷，致病力明显减弱。结果表明，BmPKS18基因在玉蜀黍平脐蠕孢营养生长、有性和无性生殖、致病性等方面具有重要调控作用，研究结果为深入解析玉蜀黍平脐蠕孢致病机制提供重要依据。     

FocVel2基因对黄瓜枯萎病菌丝生长及毒力的影响

 由尖孢镰孢菌黄瓜专化型引起的黄瓜枯萎病是世界黄瓜生产上的一种毁灭性病害。本研究鉴定了尖孢镰孢菌黄瓜专化型丝绒蛋白的一个同源基因FocVel2,利用基因敲除和互补的方法研究该基因的功能。敲除突变体菌株ΔFocVel2出现明显的表型变化,包括菌落生长速率降低和产孢量降低,并且敲除突变株对黄瓜幼苗毒力明显减弱,回补突变体菌株能够恢复敲除突变体ΔFocVel2的所有缺陷。总之,研究结果发现丝绒蛋白基因FocVel2在菌体无性繁殖以及侵染过程中起到重要作用。     

FocVel2基因对黄瓜枯萎病菌丝生长及毒力的影响

 由尖孢镰孢菌黄瓜专化型引起的黄瓜枯萎病是世界黄瓜生产上的一种毁灭性病害。本研究鉴定了尖孢镰孢菌黄瓜专化型丝绒蛋白的一个同源基因FocVel2,利用基因敲除和互补的方法研究该基因的功能。敲除突变体菌株ΔFocVel2出现明显的表型变化,包括菌落生长速率降低和产孢量降低,并且敲除突变株对黄瓜幼苗毒力明显减弱,回补突变体菌株能够恢复敲除突变体ΔFocVel2的所有缺陷。总之,研究结果发现丝绒蛋白基因FocVel2在菌体无性繁殖以及侵染过程中起到重要作用。     

禾谷镰刀菌中硝基单加氧酶的功能分析

 硝基单加氧酶(nitronate monooxygenase, NMO)将硝基烷烃氧化成相应的羰基化合物和亚硝酸盐。尽管硝基单加氧酶的生化特性在少数真菌中得到了深入解析,但是在植物病原真菌中关于其生物学功能的报道很少。本研究通过同源比对,在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearium)中鉴定到了5个硝基单加氧酶,利用基因敲除获得了相应的单敲突变体。通过表型分析发现,基因缺失突变体ΔFgNMO1-5的生长速率、菌落形态以及致病力与野生型相比均未发生明显变化,说明硝基单加氧酶之间存在部分功能冗余。突变体ΔFgNMO1、ΔFgNMO4和ΔFgNMO5的分生孢子产量降低了约50%。通过融合绿色荧光蛋白进行功能回补发现,禾谷镰刀菌中这5个硝基单加氧酶在细胞内发挥催化功能的场所存在差异。     

RNA-Seq解析cAMP促进禾谷镰孢菌DON毒素产生的分子基础

 禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病(Fusarium head blight)不仅造成小麦产量损失,而且病菌在侵染过程中会释放大量真菌毒素,导致小麦籽粒污染,严重威胁人畜健康。实验室前期研究发现外源添加环磷酸腺苷(cAMP)可以促进禾谷镰孢菌脱氧雪腐镰孢菌烯醇毒素(Deoxynivalenol, DON)产生,但其分子机制尚不清楚。本研究利用转录组分析了cAMP处理后禾谷镰孢菌基因的表达情况,探究了cAMP促进DON毒素合成的潜在机制。研究发现响应cAMP处理的差异表达基因有4 470个,其中1 818个基因上调,2 652个基因下调。负责DON毒素合成TRI基因簇的所有基因在cAMP处理下均上调表达,表明cAMP通过诱导TRI基因簇表达促进DON毒素合成。进一步分析了cAMP下游依赖性蛋白激酶A(PKA)的敲除突变体Δpka的转录组数据,发现几乎所有TRI基因簇基因均下调表达,并且cAMP处理上调表达而Δpka突变体中下调表达的基因中显著富集真菌毒素代谢相关的基因,该结果进一步表明cAMP通过PKA通路调控DON毒素合成。此外,cAMP处理后,可诱导DON毒素产生的γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)合成相关基因上调表达,而GABA分解相关基因下调表达。这表明禾谷镰孢菌可通过调节细胞内的GABA水平促进DON毒素合成。     

Mrhox3影响罗伯茨绿僵菌产孢和抗逆能力的研究

罗伯茨绿僵菌作为一种昆虫病原真菌,已在害虫生物防治中得到应用。Homeobox家族基因在真菌无性繁殖过程中具有重要作用,但是其在昆虫病原真菌中的功能尚不清楚。qRT-PCR结果显示homeobox家族基因Mrhox3在产孢阶段和分生孢子阶段高水平表达。通过基因敲除与回补研究其功能,结果表明敲除Mrhox3不影响菌株营养生长和致病性,但是显著降低菌株的产孢能力。进一步研究显示敲除Mrhox3显著下调关键调控因子abaA和wetA等多个产孢相关基因的表达水平。敲除Mrhox3促进分生孢子萌发,并显著增强分生孢子对紫外胁迫和热激胁迫的耐受力。本研究将为进一步揭示罗伯茨绿僵菌的产孢机制和分生孢子抗逆机制奠定基础。     

禾谷镰刀菌中硝基单加氧酶的功能分析

 硝基单加氧酶(nitronate monooxygenase, NMO)将硝基烷烃氧化成相应的羰基化合物和亚硝酸盐。尽管硝基单加氧酶的生化特性在少数真菌中得到了深入解析,但是在植物病原真菌中关于其生物学功能的报道很少。本研究通过同源比对,在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearium)中鉴定到了5个硝基单加氧酶,利用基因敲除获得了相应的单敲突变体。通过表型分析发现,基因缺失突变体ΔFgNMO1-5的生长速率、菌落形态以及致病力与野生型相比均未发生明显变化,说明硝基单加氧酶之间存在部分功能冗余。突变体ΔFgNMO1、ΔFgNMO4和ΔFgNMO5的分生孢子产量降低了约50%。通过融合绿色荧光蛋白进行功能回补发现,禾谷镰刀菌中这5个硝基单加氧酶在细胞内发挥催化功能的场所存在差异。     

MoRAD26参与稻瘟病菌的胁迫应答和致病过程

 稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻三大病害之一。DNA修复对维持基因组的完整性具有重要作用,为了解析DNA修复基因在稻瘟病菌致病过程中的功能,本试验对稻瘟病菌DNA损伤检控点蛋白MoRad26进行了功能分析。首先我们利用同源重组的方法获得了MoRAD26基因的稻瘟病菌敲除突变体。表型观察发现MoRAD26缺失突变体的致病力下降,对DNA损伤胁迫和H₂O₂胁迫更加敏感,但是对稻瘟病菌的生长、产孢以及分生孢子萌发和附着胞的形成没有明显影响。进一步分析表明,敲除MoRAD26基因降低了稻瘟病菌侵染菌丝的扩展能力进而影响稻瘟病菌的致病力,但其具体机制还有待深入研究。     

玉米弯孢叶斑病菌多聚半乳糖醛酸酶Clpg1基因功能验证

为明确玉米弯孢叶斑病菌的多聚半乳糖醛酸酶基因Clpg1在其致病过程中的作用,采用Double-joint PCR技术构建融合片段,利用PEG介导的原生质体转化技术获得18株抗潮霉素突变体,经检测得到1株Clpg1基因敲除突变体ΔClpg1。通过与野生型菌株比较,发现ΔClpg1产孢量和孢子萌发率下降、多聚半乳糖醛酸酶活性降低,致病力减弱。这些结果表明Clpg1基因影响多聚半乳糖醛酸酶活性,调控了玉米弯孢叶斑病菌的致病性。     

ABC转运蛋白BcAtm1参与灰葡萄孢分生孢子萌发及对寄主植物的侵染

 灰葡萄孢 (Botrytis cinerea)引起的灰霉病可在200多种植物上发生,每年造成全世界高达近千亿美元的损失。Atm1是一种在真核生物中进化保守的线粒体内膜ABC转运蛋白,主要通过向细胞质转运Fe/S簇参与维持细胞的正常生命活动,但Atm1在病原菌致病过程中的作用至今仍不清楚。本研究筛选到一株灰葡萄孢ATM1被T-DNA标记的致病缺陷突变体,并在野生型中对该基因实施了敲除。表型分析发现,突变体ΔBcatm1的分生孢子萌发缓慢且不同步,培养4 h的萌发率只有10%(野生型超过90%),直到12 h,萌发率才接近90%;突变体菌丝生长速度减慢,只能达到野生型水平的67%;菜豆成熟叶片离体接种实验显示,突变体ΔBcatm1基本丧失了致病能力,侵入寄主后只能在接种点附近引发微小的病斑,病斑面积只能达到野生型的10%左右。将完整的BcATM1基因重新导入突变体ΔBcatm1可以完全或部分恢复上述异常表型。本研究结果表明BcATM1是一个关键的致病相关基因,参与了灰葡萄孢分生孢子的萌发、菌丝生长及侵染寄主等过程。     

苹果炭疽叶枯病菌CgCMK1基因的克隆与功能分析

 苹果炭疽叶枯病是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的苹果重要叶部病害,严重威胁苹果树的生长。CMK1-MAPK途径在植物病原真菌致病过程中具有重要的作用。本研究从苹果炭疽叶枯病菌中克隆了黄瓜炭疽病菌(C. lagenarium)CMK1的同源基因CgCMK1。CgCMK1基因ORF全长1 068 bp,编码355个氨基酸。CgCMK1敲除后不影响苹果炭疽叶枯病菌营养生长、色素沉积以及脂滴的转运。ΔCgCMK1突变体产孢能力显著下降、分生孢子萌发但不产生附着胞,外源添加cAMP不能诱导ΔCgCMK1突变体形成附着胞,在ΔCgCMK1突变体中,过表达cAMP信号途径依赖的蛋白激酶催化亚基基因CgCPK1也不能恢复突变体形成附着胞。CgCMK1基因参与氧化胁迫的应答反应,但不参与离子胁迫的应答反应。ΔCgCMK1突变体对苹果叶片完全丧失致病性,即使有伤接种也不能产生病斑。CgCMK1在苹果炭疽叶枯病菌分生孢子和附着胞中均有表达,定位于细胞质。上述结果表明,CgCMK1参与调控苹果炭疽叶枯病菌的分生孢子产量、附着胞的形成、氧化胁迫应答及致病性。     

苹果炭疽叶枯病菌CgCMK1基因的克隆与功能分析

 苹果炭疽叶枯病是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的苹果重要叶部病害,严重威胁苹果树的生长。CMK1-MAPK途径在植物病原真菌致病过程中具有重要的作用。本研究从苹果炭疽叶枯病菌中克隆了黄瓜炭疽病菌(C. lagenarium)CMK1的同源基因CgCMK1。CgCMK1基因ORF全长1 068 bp,编码355个氨基酸。CgCMK1敲除后不影响苹果炭疽叶枯病菌营养生长、色素沉积以及脂滴的转运。ΔCgCMK1突变体产孢能力显著下降、分生孢子萌发但不产生附着胞,外源添加cAMP不能诱导ΔCgCMK1突变体形成附着胞,在ΔCgCMK1突变体中,过表达cAMP信号途径依赖的蛋白激酶催化亚基基因CgCPK1也不能恢复突变体形成附着胞。CgCMK1基因参与氧化胁迫的应答反应,但不参与离子胁迫的应答反应。ΔCgCMK1突变体对苹果叶片完全丧失致病性,即使有伤接种也不能产生病斑。CgCMK1在苹果炭疽叶枯病菌分生孢子和附着胞中均有表达,定位于细胞质。上述结果表明,CgCMK1参与调控苹果炭疽叶枯病菌的分生孢子产量、附着胞的形成、氧化胁迫应答及致病性。     

禾谷镰孢FgCYP51B蛋白F511L突变对分生孢子产量及其对烯唑醇敏感性的影响

Phe511是禾谷镰孢甾醇-14α-脱甲基酶FgCYP51B活性口袋中的一个重要氨基酸。本研究中,我们探究了FgCYP51B蛋白中该位点突变后对禾谷镰孢主要生物学表型的影响,并通过分子对接探讨了可能的原因。结果表明禾谷镰孢FgCYP51B-F511L突变体在菌落形态、生长速率等表型上与野生型菌株PH-1没有明显差异。但是F511L突变导致分生孢子的产量严重降低,对烯唑醇的敏感性增强。分子对接发现突变后亮氨酸的长侧链使得烯唑醇的甲基发生扭转,侧链朝向发生改变,更有利于与蛋白受体形成较强的疏水作用,这可能是导致FgCYP51B-F511L突变体对烯唑醇敏感性增强的原因。