水稻品种与水稻细菌性条斑病菌的互作机制

水稻叶片接种3d后，水稻细菌性条斑病菌开始在叶片上大量增殖；接种10d后，病菌数量开始保持相对的稳定，但感病品种上的菌量比抗病品种上的菌量在10倍左右，病斑在接种后第3d开始出现，接种10d以后，病斑在感病品种上能继续快速发展，而在抗病品种上开始受到抑制，通过对抗病和感病品种叶片上的气孔观测发现，感病品种的气孔密度和气孔长度一般都较抗病品种大，相关分析表明，气孔长度理发师品种抗性相关。接种后对PAL酶的活性测定结果表明，PAL酶的活性与品种抗性呈负相关关系。     

杧果与Fusarium mangiferae在转录水平上的互作机制

基于Illumina HiSeq~(TM)2000平台,对健康与感病杧果顶芽的转录组进行测序,采用BLAST软件将获得的Unigene与NCBI-nr、Swiss-Prot、KEGG和COG数据库进行比对,根据基因功能注释后分析杧果病健组织的差异表达基因(DEGs),并对DEGs进行GO和Pathway富集分析。结果表明:2个样品共获得119 815条Unigene,N50为1 546 bp,平均片段长度为880 bp;鉴定了29 878个DEGs,对随机挑选的11个差异表达基因进行了qRT-PCR验证,结果与转录组一致。以corrected P-value≤0.05为阈值的代谢途径有22条,其中大多数代谢途径与植物的抗逆响应密切相关;153个DEGs参与了淀粉和蔗糖代谢途径,DEGs主要是编码糖类异构酶、水解酶和转移酶等,参与葡萄糖水解、细胞碳水化合物、丙酮酸盐和核苷酸代谢等生物进程;在抗氧化生物过程中,编码活性氧代谢相关酶且log_2Ratio10或-10以上的DEGs有20个,14个属上调表达,表明活性氧代谢在杧果与病原互作过程中起到重要的调解作用;F.mangiferae侵染杧果后,以log_2Ratio10或-10为筛选条件,共获得酚类代谢相关差异表达基因53个,其中40个DEGs上调表达,推测杧果可能是通过合成加固细胞壁的木质素或生成抑菌作用的酚类化合物来提高对病原菌的抵抗能力;杧果与F.mangiferae互作过程中,钙信号传导、SA信号途径和丝裂原活化蛋白信号传导途径相关基因表达下调,造成了下游植物抗病基因RPM1的表达受到抑制,这可能是杧果畸形病的主要成因之一。     

水稻与白叶枯病菌互作的功能基因组学研究

水稻白叶枯病是水稻生产上重要的细菌病害之一。随着水稻和白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,Xoo)全基因组序列的完成,该病害己成为植物-病原物互作研究的模式。水稻-Xoo互作涉及到寄主与病原菌因子的时空表达和严密调控。因此,阐明互作基因的表达调控机理,对于全面解析水稻-Xoo互作机制具有重要的科学意义。本文介绍了近年相关工作的研究进展。1Xoo基因鉴别和功能分析1.1Xoo侵染的基因表达谱和分子量化根据Xoo基因组序列信息,自主研制了载有调控基因、致病基因、特有基因以及保守基因特异片段的基因芯片,成功地用于在离体培养、…     

水稻IR26悬浮细胞与白叶枯病菌互作的过敏反应现象

 当水稻IR26悬浮细胞与白叶枯病菌的不亲和小种(JXOV)互作时,在数小时内,悬浮细胞死亡率可达60%、膜透性增加40%、呼吸升高一倍多,而水稻IR26悬浮细胞与白叶枯病菌的亲和小种(JXOⅢ)互作时,在数小时内,悬浮细胞死亡率只有20%、膜透性只增加20%、呼吸升高不足40%,这些数据表明在水稻悬浮细胞与白叶枯病菌互作系统中可能存在着和水稻植株与白叶枯病菌互作系统中相似的互作机制。     

青海云杉响应锈菌侵染转录组分析

为探究锈菌与青海云杉之间的互作机制,利用Illumina测序平台对青海云杉健康植株和发病植株进行转录组测序,以差异倍数(FC)≥2且错误发现率(FDR)<0.01为标准,共获得15408个差异表达基因,有10296个差异基因上调,5112个差异基因下调。GO注释中,DEGs显著富集到代谢过程、细胞过程、催化活性和结合等过程。KEGG注释中,DEGs显著富集到核糖体、植物与病原互作、内质网蛋白加工、信号转导等过程,通过分析相关通路发现,青海云杉响应锈菌侵染的分子机制受多基因网络系统的调控。为验证RNA-seq数据的可靠性,对10个DEGs进行RT-qPCR表达量检测,验证结果为,RT-qPCR和RNA-seq测得的基因表达趋势基本一致。这有助于深入研究候选基因在青海云杉响应锈菌侵染中的作用,同时也为开展青海云杉抗病功能基因组学研究奠定基础。     

稻曲病菌有性生殖中光诱导基因的转录组分析

稻曲病菌(Villosiclava virens)能够以菌核的形式安全越冬并在来年萌发产生子囊孢子,成为稻曲病菌的重要初侵染源;而菌核产生子实体的过程需要光的诱导。为了探索光诱导的分子机制,本文对不同光照处理条件下稻曲病菌菌核萌发过程的转录组学进行了比较分析。结果发现,与黑暗条件下菌核的萌发相比,光照处理后542个基因显著差异表达,其中上调359个,下调183个。GO富集分析发现,DEGs显著富集于糖基水解酶活性、细胞壁生物合成、氧化还原酶活性等。KEGG分析发现,DEGs显著富集于脂质代谢、氨基酸代谢、次生代谢产物合成等代谢通路。DEGs中子实体独有基因组氨酸激酶为光感受器,其响应光信号引起下游基因的表达,同时,与有性生殖过程相关的水通道蛋白和甲基转移酶蛋白编码基因表达活跃,共同调控了菌核萌发产生子实体过程。     

L-半胱氨酸对稻曲病菌菌丝生长的抑制作用及其转录组分析

 分别应用3个稻曲病菌菌株ZJ09、XS14、XS1214,以及马铃薯蔗糖琼脂(potato sucrose agar,PSA)固体培养基、马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextrose agar,PDA)固体培养基、TB₃固体培养基和马铃薯蔗糖(potato sucrose,PS)液体培养基,进行固体或液体培养,实验结果表明补充0.250~0.500 g·L^-1 L-半胱氨酸对稻曲病菌菌丝生长具有明显的抑制作用,作用强度随L-半胱氨酸浓度提高而增加。分别采集未补充L-半胱氨酸和补充0.250 g·L^-1 L-半胱氨酸的PSA固体培养基平板上培养6 d的两组ZJ09菌丝进行转录组测序,得到2 138个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中985个被L-半胱氨酸上调表达,1 153个被L-半胱氨酸下调表达。针对转录组测序结果获得的6个DEGs进行了RT-qPCR验证。GO富集结果显示,DEGs在细胞组分、分子功能和生物过程3个类别中均有富集,说明L-半胱氨酸抑制菌丝生长机制复杂。KEGG通路注释结果表明,L-半胱氨酸抑制菌丝生长可能主要与其影响内质网中蛋白质的加工有关。分析DEGs功能后还发现,L-半胱氨酸显著削弱菌丝中几丁质合酶D、细胞分裂控制蛋白6(cell division control protein,CDC6)及细胞分裂控制蛋白48(CDC48)编码基因的表达,推测可能与其对稻曲病菌菌丝生长的抑制作用有关。     

水稻中MPK5稳态失衡抑制拟禾本科根结线虫与水稻的亲和互作

 拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)为水稻的重要土传病原,可严重为害水稻。本研究旨在探究水稻中丝裂原活化蛋白激酶5(MPK5)稳态失衡对拟禾本科根结线虫与水稻亲和互作的影响,并初步探讨其机制。首先,通过线虫侵染试验发现,在水稻中超表达和沉默MPK5 引发的MPK5 稳态失衡均可抑制拟禾本科根结线虫与水稻的亲和互作。qRT-PCR 分析结果显示,与水稻野生型不同,在MPK5 超表达和沉默水稻株系中MPK5 均受拟禾本科根结线虫诱导表达。同时,拟禾本科根结线虫可抑制MPK5 超表达株系中几丁质酶的表达,但诱导MPK5 沉默株系中病程相关基因PR5 与PR10 的表达。上述试验结果表明,MPK5 稳态失衡可导致MPK5 响应拟禾本科根结线虫的侵染,且在MPK5 超表达和沉默水稻株系中MPK5 介导水稻产生拟禾本科根结线虫抗性的机制不同。     

稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。     

OsDCL1基因沉默突变体诱导稻瘟病抗性的转录组分析

稻瘟病是严重危害水稻生长的真菌病害,每年给水稻生产带来重大经济损失。与野生型日本晴NPB相比,OsDCL1基因沉默突变体增强了水稻对稻瘟菌的广谱抗病性。为了解水稻OsDCL1-RNAi突变体的抗病机制,我们分析和比较了它和野生型日本晴NPB在稻瘟菌侵染前后转录组水平的变化。响应稻瘟菌侵染的7 129个差异表达基因(DEGs)中,NPB和OsDCL1-RNAi突变体分别有5 382和5 180个基因表达发生了变化,参与生物胁迫反应、信号通路、蛋白代谢和RNA调控4个通路的基因明显被富集。以野生型未受稻瘟菌侵染的基因表达为对照,在OsDCL1-RNAi突变体中共发现1 318个DEGs,且超过70%是上调的,其中很多基因参与了生物胁迫反应(26.9%)和信号通路(11%),上调表达基因中与生物胁迫反应相关的主要为PR基因和细胞壁相关基因。另外,还发现10个茉莉酸相关基因和11个水杨酸相关基因分别在OsDCL1-RNAi突变体中显著下调和上调表达。在OsDCL1-RNAi突变体中还发现WRKY和MYB等一些转录因子家族以及部分受体类激酶被诱导表达。用qRT-PCR方法验证部分差异表达的基因,其结果与DEGs基本一致。OsDCL1-RNAi突变体中转录组变化的分析,为深入了解该突变体抗瘟性增强的机制奠定了基础。     

稻曲病菌侵染对水稻小穗发育的影响及H_2O_2的变化趋势

稻曲病是由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)侵染引起的水稻穗部病害,在全世界不同稻作区均有发生,并在近年呈加重趋势。本研究通过水稻穗期接种后的显微观察及H_2O_2检测,分析了稻曲病菌侵染引起的小穗结构变化及侵染过程中H_2O_2变化趋势。结果表明,稻曲病菌侵染会导致水稻花粉粒畸形、雌蕊发育受抑制、小穗无法正常扬花授粉,抑制谷粒的正常形成,造成稻曲球及白色秕粒的产生。受侵染小穗的H_2O_2含量显著高于对照,其中处于突破颖壳期的受侵染小穗H_2O_2含量是对照的7倍;形成白色秕粒的小穗H_2O_2含量是对照的11倍;二氨基联苯胺染色结果显示,形成稻曲球的小穗中,在受侵染小穗的花药基部、花药顶端、浆片等部位颜色变深,形成H_2O_2富集区;形成白色秕粒的小穗中,H_2O_2富集的特征更为明显,富集区域与病菌在小穗内的侵染途径密切相关。     

稻曲病菌bZIP转录因子UvbZIP12的功能研究

 稻曲病是由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)侵染水稻穗部引起的真菌病害,严重影响稻米的产量和品质。bZIP转录因子参与多种植物病原菌的生长发育和致病过程。稻曲病菌中有28个bZIP转录因子,但其具体功能尚未被研究。本研究对bZIP转录因子UvbZIP12在稻曲病菌生长发育和致病过程中的功能进行分析。稻曲病菌接种水稻后,UvbZIP12基因表达量逐渐升高,在接种后3 d和5 d时具有最高表达量。对UvbZIP12基因的敲除转化子分析发现,敲除转化子ΔUvbZIP12在PSA、PDA、YTD培养基上生长速率显著加快,菌丝干重显著增加;产孢量减少;对NaCl和sorbitol的耐受性增强,对SDS、CR、CFW和H₂O₂的耐受性减弱;对水稻的致病力无明显变化。结果表明,稻曲病菌UvbZIP12参与调控生长发育和对非生物胁迫的耐受性,但不参与致病。     

稻曲病菌Six1类效应蛋白UvSix1-1的功能研究

 稻曲病菌在侵染过程中会分泌大量的效应蛋白来帮助其侵染。本研究鉴定到一个稻曲病菌效应蛋白UvSix1-1,同源序列比对及系统发育分析发现其具有Six1蛋白保守的氨基酸位点,并与多个病原菌中的Six1蛋白具有同源性。进一步研究发现UvSix1-1可以抑制Bax、XEG1和INF1引起的烟草叶片细胞坏死,并且其预测的信号肽区域具有分泌功能,在烟草上瞬时表达UvSix1-1可以促进辣椒疫霉的定殖。对不同稻曲菌株中的序列进行分析,没有发现序列多态性,说明该基因非常保守。以上研究结果表明,UvSix1-1在病原菌侵染过程中发挥作用,研究结果为稻曲病菌效应蛋白的研究提供参考。     

Ustilaginoidea virens在自然发病水稻植株体内分布情况的检测

水稻稻曲病(rice false smut)近年来在我国长江中下游地区和东北地区发生趋于严重,已经上升为水稻生产的主要病害之一,但是关于该病害的侵染方式尚存在争议。本研究以稻曲病菌线粒体核酸序列为检测靶标,建立了一套更加简便快速的PCR检测体系,并通过该检测体系对常发病田内30 d秧龄移栽后35 d的苗期水稻植株以及灌浆期发病植株体内稻曲菌的分布情况进行了检测。研究结果表明,所建立的检测体系具有较好的特异性,灵敏度可达到1 pg水平。对移栽后35 d的苗期样品和灌浆期病株不同组织进行检测发现,在苗期水稻的根和叶鞘组织以及灌浆期发病植株的茎组织中,均可检测到稻曲菌。该结果为稻曲病菌在水稻不同发育时期、不同组织内的分布情况提供了直接的分子证据,并为稻曲病侵染过程的进一步研究以及大田防治策略的制定奠定了基础。     

稻曲菌交配型初探

 稻曲菌（有性态：Villosiclava virens;无性态：Ustilaginoidea virens）有性繁殖产生的子囊孢子是水稻稻曲病可能的初侵染源之一,交配型基因座对真菌有性繁殖中的性别控制起着决定性作用。为进一步揭示稻曲菌的有性繁殖方式,本研究首次克隆了稻曲菌交配型基因mat1-1-1的α-结构域（α-domain）相应核苷酸序列,发现其与麦角菌科真菌Cordyceps militaris、Cor. bassiana和Claviceps purpurea的mat1-1-1基因中α-结构域相应核苷酸序列同源性分别为61%、63%和68%;根据mat1-1-1和mat1-2-1部分基因序列设计特异性引物,并使用PCR方法检测了来源于3个异源子座的240个子囊孢子单孢菌株和50个田间菌株的交配型基因,结果显示稻曲菌mat1-1-1和mat1-2-1基因分别存在于不同菌株中;将具有相同或不同交配型基因的菌株配对接种,发现菌核通常产生在mat1-1-1和mat1-2-1基因型菌株配对接种产生的稻曲球上,其中大部分菌核可萌发产生子座,而菌株单独接种或具有相同交配型基因的菌株配对接种水稻后多数不能形成菌核;根据以上结果初步推断稻曲菌为异宗配合真菌。     

稻曲病菌SIX效应蛋白参与调控植物免疫

为明确稻曲病菌Ustilaginoidea virens的SIX(secreted in xylem)效应蛋白功能,利用生物信息学软件预测6个SIX1蛋白和1个SIX2蛋白的分泌特性,并通过酵母分泌系统对其分泌特性进行验证,在烟草上通过根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的瞬时表达系统检测SIX蛋白对小鼠促凋亡蛋白BAX、致病疫霉Phytophthora infestans激发子INF1、大豆疫霉Phytophthora sojae病原相关分子模式糖基水解酶XEG1引起烟草细胞坏死的作用,在烟草上表达SIX蛋白后接种辣椒疫霉Phytophthora capsici并观察其对辣椒疫霉侵染的作用。结果显示:所检测的SIX蛋白中有5个含有预测的信号肽,2个被预测为非经典分泌蛋白,但经酵母分泌系统验证均具有分泌功能;大部分SIX蛋白能够抑制BAX、INF1、XEG1引起的烟草细胞坏死,但抑制坏死的情况并不完全一致;大部分含信号肽的SIX蛋白能够促进辣椒疫霉侵染,UV8b＿3638去信号肽突变体也能够促进辣椒疫霉侵染。表明大多数SIX蛋白参与调控植物免疫,且能促进病原...     

辽宁省稻曲病菌遗传多样性和致病力分析

为有效防治辽宁省稻曲病菌Ustilaginoidea virens,利用重复序列PCR(repetitive elementbased PCR,rep-PCR)分子指纹技术,对2017年自辽宁省8个市8个主产稻区采集的51株稻曲病菌菌株进行遗传多样性和致病力分析。结果显示,在3对引物中,以BOX1/BOX2和ERIC1/ERIC2为引物扩增的DNA指纹图谱的遗传多样性值分别为0.764、0.707,均大于0.7,故选择这2种引物扩增的DNA指纹图谱进行遗传多样性分析;当DNA指纹相似系数为0.78时,以BOX1/BOX2为引物和以ERIC1/ERIC2为引物扩增的DNA指纹图谱分别将供试菌株划分为12个和10个遗传类群;供试菌株致病力可划分为弱致病型、中等致病型和强致病型3个致病型,所占比例分别为33.33%、58.82%和7.85%,强致病型菌株仅在沈阳市、鞍山市和大连市出现;所有优势类群均包含3种致病型菌株。表明辽宁省稻曲病菌遗传结构复杂,不同地理来源的稻曲病菌菌株致病力存在一定差异,相同致病型的稻曲病菌菌株分属于不同的遗传类群,同一遗传类群中包含不同的致病型菌株。