马铃薯Y病毒复制酶基因不同位置cDNA区段介导对PVY的不同抗性

为探究靶序列位置对RNA介导的病毒抗性产生的影响,利用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术扩增马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)复制酶基因(nuclear inclusion b,NIb)不同位置的cDNA区段,反向插入双元载体pROKII中,构建了发夹RNA(hairpin RNA,hpR-NA)结构的植物表达载体。将构建的植物表达载体采用冻融法转入农杆菌LBA4404,叶盘法转化烟草NC89,获得转基因植株。攻毒试验表明:PVYNIb基因不同位置cDNA区段介导的对PVY的抗性存在显著差异;3′端1/2处和中间位置的序列可介导高水平的病毒抗性,抗性植株的比例在50%以上,而5′端、5′端1/2处和3′端的序列介导的抗性效率较低,抗性植株的比例仅为10%~30%。Northern杂交显示:抗病植株中RNA的积累量明显低于同类型的感病植株,抗性与RNA积累量呈负相关;抗病转基因植株中有siRNA存在,表明病毒抗性是由RNA介导的。     

绿僵菌属4个生防潜力菌株的多基因鉴定

传统的绿僵菌分类鉴定以形态特征为主要依据,其局限性使种内仍包含着复杂的类群。DNA分子鉴定使绿僵菌属、种分类更为细化和准确,对其育种、杀虫机理、生态学等的研究非常重要。本文对绿僵菌4个有生防潜力的菌株IPPM010202、IPPM2029、IMI330189和M200614的5个持家基因即核糖体转录间隔区序列(ITS1-4)、β微管蛋白(beta-tubulin)、RNA聚合酶Ⅱ大亚基(RPB1)、RNA聚合酶Ⅱ第二大亚基(RPB2)和翻译延伸因子(EF-1α)的同源序列进行了克隆和测序,通过构建系统发育树进行了多基因进化分析。结果表明,4个生防菌株分别位于进化树的3个分支上,鉴定菌株IPPM010202和IPPM2029同属于平沙绿僵菌Metarhizium pingshaense,IMI330189为蝗绿僵菌M.acridum,M200614属于低温绿僵菌M.frigidum,它们之间亲缘关系很近,5个基因的遗传分化距离只有0.021~0.036。ITS1-4序列有较高变异频率和变异幅度,分类效率优于其他基因;EF-1α序列在鉴别菌株和分析亲缘性上有优势。多基因的系统进化分析能够弥补单基因分析的局限,取得更为准确的鉴定和更为细化的分类结果。     

小菜蛾GluCl受体α亚基cDNA基因克隆和序列分析

利用RT-PCR和RACE技术对小菜蛾[Plutella xylostella(L.)]4龄幼虫谷氨酸门控的氯离子通道(GluCl)受体cDNA全长进行了克隆和序列分析。通过设计简并性上、下游引物扩增出小菜蛾GluCl受体α亚基基因192bp的cDNA片段,根据得到的片段序列设计3′和5′特异性引物采用RACE技术进行3′和5′末端的克隆,获得了小菜蛾GluCl受体的cDNA的完整序列,GenBank登录号为GQ221939。该基因全长2144bp,其开放阅读框(ORF)1344bp,编码447个氨基酸。相似性分析表明:它与果蝇和赤拟谷盗的相似性均为73%,与埃及伊蚊的相似性为75%,与东亚飞蝗的相似性为79%;氨基酸分析后显示它具有GluClα亚基的典型特征,表明克隆的cDNA序列是小菜蛾GluClα亚基基因的序列。     

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(PVYN)外壳蛋白(CP)基因(PVYNCP)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PVYNCP基因3′端茎50 bp(环50 bp)hp RNA(hairpin RNA)的烟草抗病率达69%,而转化PVYNCP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PVYNCP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。     

抑制性谷氨酸受体(IGluRs)通道及其相关杀虫剂的作用

抑制性谷氨酸受体(IGluRs)属于半胱氨酸环配体门控离子通道超家族,主要介导神经和肌肉细胞中抑制性的神经传递,目前仅在无脊椎动物中发现,在脊椎动物中尚未发现,因此是高选择性杀虫剂的理想靶标。IGluRs主要分布在无脊椎动物的神经和肌肉组织中,对控制吞咽、运动、感知和保幼激素的生物合成等可能起关键作用。人们对IGluRs的了解大多来自于对线虫和模式昆虫的研究,目前在线虫中共发现了4种α亚基和1种β亚基,是否有一种新的亚基类型如γ亚基尚不确定,从昆虫体内仅克隆了α亚基。就生理功能和药理特性而言,IGluRs与γ-氨基丁酸(GABA)受体最为类似,但其氨基酸序列却与甘氨酸受体相似性最高。作用于IGluRs的杀虫剂包括阿维菌素/美倍霉素类、苯基吡唑类杀虫剂氟虫腈以及吲哚二萜类化合物Nodulisporic acid等。对IGluRs的生理功能、分子特性、药理性质及相关杀虫剂的作用机理等的研究进展进行了综述。     

侵染月季的香石竹潜隐病毒属新病毒鉴定及其全基因组序列分析

 2019年7月,在北京市月季叶片上观察到了黄色斑驳症状,高通量测序(High-throughput sequencing,HTS)显示在感病样本中存在一种新的正义ssRNA病毒。该病毒全基因组序列除去3′末端poly(A)后由8 393个核苷酸(nucleotide,nt)组成,含5个开放阅读框(open reading frame,ORF)。其依赖于RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase,RdRp)在氨基酸水平上与已知乙型线状病毒科(Betaflexiviridae)成员具有35.87% ~ 46.74%的序列一致性。系统发育分析表明,该新病毒与香石竹潜隐病毒属(Carlavirus)的杨树花叶病毒(poplar mosaic virus,PopMV)亲缘关系最近。发生率调查显示该新病毒在北京地区分布较为广泛。根据Betaflexiviridae的划分标准,该病毒是Carlavirus的一个新种,暂时命名为月季C病毒(rose virus C)。     

利用转录增强技术检测草莓斑驳病毒

为了提高检测草莓斑驳病毒(Strawberry mottle virus,SMoV)的灵敏度和稳定性,探索转录增强技术检测SMoV。在SMoV基因组3′端非编码区的保守区域设计引物,利用带有T7启动子序列的引物进行反转录聚合酶链式反应(RT-PCR),再利用T7RNA聚合酶对PCR产物进行体外转录,最后直接通过电泳检测转录产物。结果表明,利用转录增强技术可稳定检测SMoV,灵敏度高于常规RT-PCR;T7启动子序列加在正义引物或反义引物上都可以有效检测。     

鲫鱼γ-氨基丁酸受体β_3亚基基因克隆及其分析

γ-氨基丁酸受体(GABAR)主要存在于脊椎动物和非脊椎动物的中枢神经系统(CNS),是氟虫腈、阿维菌素、硫丹和林丹等杀虫剂的作用靶标。为了阐明GABAR拮抗剂类农药影响鱼类安全性的分子作用机理,并研究其与农药分子的亲和作用,运用生物信息学方法,在NCBI基因组数据库中找到已经公布的同源的GABAARβ3亚基基因序列,通过多序列同源比对寻找高度保守区,再根据高度保守区设计特异性引物,通过RT PCR和RACE PCR技术,成功地克隆了鲫鱼GABAR A型β3亚基基因的全长cDNA序列(GenBank登录号:KC964110),该基因长2 767 bp,开放阅读框(ORF)为1 506 bp,编码502个氨基酸,与已知的其他物种β3亚基具有高度的保守性。应用qRT-PCR扩增,检测到该基因在鲫鱼不同组织器官的差异性表达。     

转录后基因沉默

 转录后基因沉默(PTGS)普遍存在于生物界,如植物的共抑制、源于病原的RNA介导的病毒抗性、真菌的基因沉默和动物的RNA干扰等。这类现象有许多共同特点,如都是以向细胞内引入核酸(转基因、双链RNA或病毒RNA)为诱因,依赖RNA的RNA聚合酶(RdRP)活性与基因沉默密切相关,在发生基因沉默的细胞中大多存在特定长度的小分子RNA (21~25 nt),PTGS导致细胞质内mRNA的特异性降解,不同生物的PTGS相关基因及产物具有很高的相似性,基因沉默能够在细胞间传播并能以表型遗传的方式传递给下一代等。这说明各种生物的转录后基因沉默可能有相似的遗传起源,是一种抵抗外来核酸(如病毒和转座子)入侵的共同的防御机制     

烟碱乙酰胆碱受体及其与新烟碱类相互作用的研究进展

对烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)的结构与功能、配体结合部位、门控机理以及与新烟碱类的相互作用进行了综述,并对nAChRs亚基基因突变和敲除对新烟碱类和多杀菌素敏感性的影响进行了讨论。nAChRs在脊椎动物和昆虫的胆碱能突触的快速神经传递中起着重要作用,其在昆虫中仅存在于中枢神经系统(CNS)中,而在脊椎动物中同时存在于CNS和神经肌肉连接处。nAChRs是新烟碱类杀虫剂、多杀菌素和杀螟丹的作用靶标。肌肉和CNS中的nAChRs是一个由两个α和三个非α(β,γ和δ)亚基组成的异数五聚体,该受体主要有三部分:一个在细胞外发现的区域(胞外区)、一个位于膜内的区域(跨膜区),另一个是位于细胞内的区域(胞质区)。每个亚基(从N-C端)都具有一个包含乙酰胆碱(ACh)结合部位的细胞外结构域;4个跨膜结构域(M1~4),其中M2的大部分氨基酸位于离子通道的内壁;一个胞质噜扑(loop)和一个胞外C端。通道门位于孔道内的疏水区。ACh结合部位位于天然和功能受体的两个亚基的界面,是由一个亚基的3个噜扑(A-C)和另一个亚基的3个噜扑(D-F)构成。每当受体与ACh(或其他激动剂)分子结合时,M2 α螺旋体的构象发生改变,使通道开启,处于阳离子传导状态,直至一个或两个激动剂分子从结合口袋解离,通道才关闭。如果激动剂一直存在,并反复结合,则通道处于脱敏状态。nAChRs与新烟碱类的各种选择性作用取决于新烟碱类的结构以及nAChRs的亚基组成。     

水稻条纹病毒中国分离物和日本分离物RNA1片段序列比较

 首次测定了我国水稻条纹叶枯病常年流行区的云南楚雄(CX)及病害暴发区的江苏洪泽(HZ)的RSV 2个分离物RNA1片段的全长序列,这2个分离物RNA1片段的全长序列均为8970 nts。同源性分析结果表明,HZ与日本T分离物的亲缘关系较CX与T分离物的亲缘关系更为接近。通过对纤细病毒属病毒RNA1编码的依赖于RNA的RNA聚合酶(RdRp)氨基酸序列分析的结果表明,该蛋白除了具有RNA聚合酶特征的基元序列结构外,还存在mRNA的转录过程中所采取的加帽起始机制的保守性结构域位点,这表明,纤细病毒属病毒和布尼安病毒科病毒及甲型流感病毒一样,都是采取加帽起始机制进行转录的。     

水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)S3和S10基因组非编码区对翻译的调控作用

 水稻黑条矮缩病毒(Rice black-streaked dwarf virus, RBSDV)基因组含有5′帽子,无3′poly(A)尾巴,且不同基因组片段的5′和3′末端序列均十分保守。本研究以RBSDV S3和S10为对象,分析其非编码区对翻译的调控作用。研究发现S3和S10的5′UTR在有无帽子时均可以正向调控报告基因Fluc的翻译,具备核糖体内部进入位点(IRES)活性,且5′末端的基因组保守序列及邻近序列与IRES活性密切相关;而对应的3′UTR则抑制5′UTR对翻译的正调控效应,其分子基础是5′UTR和3′UTR之间的RNA-RNA互作,且该互作也抑制帽子依赖型翻译的效率。这是首次关于有帽子植物RNA病毒中IRES元件的报道,研究结果对了解植物双链RNA病毒基因组非编码区对翻译的调控作用具有重要科学意义。     

茄青枯拉尔氏菌Rs-T02在3,4,5-三羟基苯甲酸甲酯作用下的转录组分析

 本文利用Illumina HiSeq测序技术,对在3,4,5-三羟基苯甲酸甲酯(methyl gallate,MG)作用下和对照条件下的茄青枯拉尔氏菌(Ralstonia solanacearum)Rs-T02菌株的转录组进行测序分析,并用GO和KEGG Pathway富集化分析的方法分析差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)的功能和代谢通路,以初步了解MG对R. solanacearum作用的分子机制。结果表明,MG处理组和对照组的差异表达的基因有2 172个,其中1 037个基因上调,1 135个基因下调。随意挑选10个DEGs进行qRT-PCR验证,其基因表达趋势与转录组测序结果一致。通过对差异表达基因的功能和代谢通路分析发现,与细胞结构相关的肽聚糖水解酶、3-磷酸甘油酰基转移酶和UDP-N-乙酰胞壁酰丙氨酸-D-谷氨酸连接酶等蛋白的编码基因上调表达,蛋白YeaQ、外膜蛋白W和外膜蛋白BamE等蛋白的编码基因下调表达;与能量代谢相关的ATP合成酶结构蛋白、辅酶Q亚基和细胞色素等蛋白的编码基因上调表达,甘油醛-3-磷酸脱氢酶、甘油醛脱氢酶和异柠檬酸裂解酶等蛋白的编码基因下调表达;与致病性相关的gspD、gspE和gspF等基因上调表达,hrpY、hrpB和gspG等基因下调表达;与细菌抗药性相关的氨基酸的氨酰-tRNA连接酶、核糖体RNA小亚单位甲基转移酶G基因和多重药物外排泵亚基AcrA等蛋白的编码基因上调表达;与细菌运动性相关的flgB、flgC和flgD等基因上调表达。推测MG对Rs-T02菌株的抑菌机制可能与MG影响病菌的细胞结构和能量代谢相关基因的差异表达有关;同时,MG影响病菌T3SS和T2SS相关基因的差异表达,从而影响细菌的致病力。此外,3-磷酸甘油酰基转移酶基因、核糖体RNA小亚单位甲基转移酶G和多重药物外排泵亚基AcrA基因等上调表达,可能与病菌抵抗MG的机制有关。     

水稻条纹病毒山东济宁分离物RSV-SD-JN2分子变异分析

为从分子水平探讨强致病性水稻条纹病毒山东济宁分离物RSV-SD-JN2的变异及其致病性,采用RT-PCR技术,克隆RSV-SD-JN2的RNA3、RNA4区段cDNA。结果显示,RSV-SD-JN2的RNA3和RNA4核苷酸序列长度分别为2487、2157bp;RNA3中,NS3基因长为636bp,基因间隔区(IR)为725bp,CP基因为969bp;RNA4中,SP基因长为537bp,基因间隔区(IR)为654bp,NSvc4基因为861bp。不同时期、不同区域和不同致病性的RSV分离物的序列比较发现,RNA3、RNA4序列5′和3′末端非编码区具有高度保守性,仅存在个别碱基的差异;基因编码区保守性较高,核苷酸和氨基酸序列同源性分别在93%和97%以上,且大部分碱基变异为无意义变异;基因间隔区(IR)易于变异。RSV的分子变异与其地理分布具有密切的关系。RNA4的IR的变异导致RNA二级结构——发夹结构的稳定性提高是病毒致病性增强的重要原因。     

猕猴桃果实中Neofabraea actinidiae的快速分子检测

通过对已报道的猕猴桃果腐病菌(Neofabraea actinidiae)及明孢盘属其他种真菌负责编码RNA聚合酶II的第2大亚基(the second largest RNA polymerase subunit,RPB2)的基因序列进行同源性比对,设计合成了一对用于猕猴桃果实中N. actinidiae的检测引物NACF1/NACR1。利用该引物对包括N. actinidiae在内的8种9株Neofabraea属真菌的基因组DNA进行扩增,建立了猕猴桃果实中N. actinidiae的快速分子检测方法,并进行了灵敏度试验、病菌接种与病果中N. actinidiae的检测。结果表明:该引物特异性强,稳定扩增出片段大小为582 bp单一条带,检测灵敏度为0.2 ng/μL,可以特异性地检测到接种发病果实组织中N. actinidiae。该方法能够实现猕猴桃果实中N. actinidiae的快速检测,为口岸提供了特异、高效、可靠的检测方法。     

利用高通量测序检测新疆野苹果上的病毒

新疆野苹果Malus sieversii (Ledeb.) Roem.是苹果的祖先, 也是重要的育种遗传资源, 常用作砧木。近年来, 新疆野苹果的分布面积骤减, 对其的保护越来越重要。本研究采用高通量测序技术, 对采自新疆伊犁天山野果林的26份样本进行病毒检测, 检测到苹果褪绿叶斑病毒(apple chlorotic leaf spot virus, ACLSV)和苹果茎痘病毒(apple stem pitting virus, ASPV)。通过RT-PCR检测所有样品(127份), 检测到ACLSV、ASPV和苹果茎沟病毒(apple stem grooving virus, ASGV), 检出率分别为22%、19.7%和11%。结合RACE PCR技术扩增得到ASGV新疆野苹果分离物基因组全长序列, 暂时命名为ASGV-XJ。去除3′末端poly(A)后的长度为6 506 bp, 有两个彼此重叠的开放阅读框(open reading frame, ORF), ORF1(47-6 364 nt)编码一个241 kD的多聚蛋白, 包含甲基转移酶(methyltransferase)、木瓜蛋白酶(papain-like-protease)、解旋酶(nucleotide triphosphate-binding helicase)、RNA 依赖的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase)和C端的外壳蛋白(coat protein, CP)等; ORF2(4 798-5 760 nt)编码一个36 kD的运动蛋白(movement protein, MP)。系统发育分析表明, 分离物间没有表现出寄主专一性和地理分布规律。上述结果对新疆野苹果的保护工作有重要的参考意义。     

马铃薯晚疫病菌对甲霜灵抗性机制的初步研究

 选取对甲霜灵敏感、中抗和高抗的马铃薯晚疫病菌(Phytophthora infestans)菌株各2株,采用电导率法和同位素掺入法,研究了甲霜灵对马铃薯晚疫病菌不同抗药性水平菌株细胞膜通透性和RNA聚合酶活性的影响,借助液相色谱分析方法检测了不同抗药性水平菌株对甲霜灵的降解作用。结果表明:甲霜灵对马铃薯晚疫病菌不同抗药性水平菌株的细胞膜通透性没有明显影响;随着甲霜灵浓度提高,敏感菌株的RNA聚合酶活性受到显著抑制,10μg/mL甲霜灵对敏感菌株RNA聚合酶活性的抑制率达到40%以上,而10和100μg/mL甲霜灵对高抗菌株的RNA聚合酶活性只表现轻微的抑制作用,抑制作用分别小于8%和21%,甲霜灵对中抗菌株RNA聚合酶活性的抑制作用介于对敏感菌株和高抗菌株的抑制作用之间。抗性菌株对甲霜灵有一定的降解作用,培养30d后高抗菌株HL105和SC1的降解率分别达到13.46%和16.14%。     

杀虫剂分子靶标烟碱型乙酰胆碱受体研究进展

昆虫烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors,nAChRs)广泛分布于昆虫中枢神经系统,是杀虫剂作用的主要靶标。目前昆虫中该受体的天然亚基组成尚不完全明确。果蝇的任意α亚基与脊椎动物的一个β亚基共表达是目前最好的异源表达模型,但仍然急需新的研究工具,研究表明一些与受体相关的蛋白质影响着表达。胞内磷酸化的调节作用为今后受体药理学特性的研究提供了新方向。受体亚基上一些关键氨基酸在新烟碱杀虫剂对受体的选择作用中起重要作用。在对吡虫啉抗性的褐飞虱种群中找到了与抗性相关的突变位点,这为新烟碱类杀虫剂靶标不敏感性研究提供了直接证据。对昆虫烟碱型乙酰胆碱受体的分子多样性、功能表达、胞内调节机制、受体与杀虫剂的选择作用及其抗性分子机理等的研究进展进行了综述。     

扁茎黄芪植株中化学成分的分离鉴定及其抑菌活性

为综合开发利用药用植物扁茎黄芪Astragalus complanatus,对其非药用部位的化学成分及抑菌活性进行了初步研究。采用硅胶柱层析和LH-20凝胶层析技术从扁茎黄芪植株中分离鉴定了7个化合物,并测定了各化合物对8种细菌的抑菌活性。根据波谱分析结果,7个化合物分别被鉴定为β-谷甾醇 (1) 、β-sitostenone (2) 、lawsaritol A (3) 、3β-羟基-5α,8α-桥二氧麦角甾-6,22-二烯 (4) 、3′,7-二羟基-2′,4′-二甲氧基异黄烷 (5) 、D-1-O-甲基肌醇 (6) 和沙苑子苷 (7) ,所有化合物均为首次从扁茎黄芪植株中分离得到。抑菌活性测定结果表明:化合物 5 对蜡状芽孢杆菌Bacillus cereus、大肠杆菌Escherichia coli、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、白菜软腐病菌Erwinia carotovora、猕猴桃溃疡病菌Pseudomonas syringaepv.actinidiae和烟草青枯病菌Ralstonia solanacearum均有不同程度的抑制作用,其中对猕猴桃溃疡病菌、烟草青枯病菌和白菜软腐病菌的最低抑制浓度(MIC)分别为37.5、18.8和75.0 μg/mL。3′,7-二羟基-2′,4′-二甲氧基异黄烷 (5) 的农用抑菌活性为首次报道。     

植物小RNA在病毒致病过程中的作用研究进展

目前,我国正遭受多种外来有害生物的入侵,给我国的农业生产以及生态环境造成了严重影响。其中检疫性植物病毒危害大、隐蔽性强,是重要的外来生物。掌握病毒致病的相关机制是有效防控入侵病毒病害的基础。微小RNA(microRNA,miRNA)以及病毒小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)是植物体内重要的非编码小RNA,在病毒致病过程中扮演着重要角色。病毒在侵染过程中,可以利用植物抗病毒免疫反应产生的siRNA进行致病,同时可以直接或间接干扰miRNA的代谢途径,导致相关症状的产生。本文根据植物小RNA的近期研究进展,对miRNA和病毒siRNA的产生途径、生物学特性以及作用分子机制进行了综述,并对其在病毒侵染过程中的作用进行了探讨,初步从小RNA的角度阐述了植物病毒的致病机制,以期为检疫性病毒病害的防控提供理论基础。