RXLR类效应分子PITG_21645.2的基因序列分析及功能验证

 马铃薯晚疫病黑龙江菌株效应分子PITG_21645.2在本氏烟(Nicotiana benthamiana)上可以抑制由INF1引起的过敏性细胞坏死(Hypersensitive response, HR)。为验证其为致病疫霉致病的重要效应分子,克隆了10个致病疫霉菌株以及3个同属卵菌菌株中的PITG_21645.2同源基因,它们在氨基酸序列上相似度为93%~100%。与INF1共表达的结果显示,仅有PITG_21645.2^MP903丧失了抑制HR的功能。其中PITG_21645.2^MP903的第31位氨基酸存在特异性,编码丝氨酸,其余同源基因在该位点均编码天冬酰胺。PITG_21645.2^MP903回复突变体(S31N)能够恢复该基因抑制INF1引起HR的功能,说明第31位氨基酸是影响抑制功能的关键位点。另外,PITG_21645.2还能抑制BAX、大豆疫霉PsojNIP和效应分子Avh238在本氏烟上激发的HR,而PITG_21645.2^MP903都丧失抑制功能。本氏烟上表达PITG_21645.2能够促进致病疫霉在寄主上的定殖,从而提示PITG_21645.2在致病疫霉的侵染中发挥致病性功能。     

辣椒疫霉CRN编码基因的克隆、转录特征及在与寄主互作中的作用

 CRN (crinkling and necrosis-inducing protein)蛋白是一类卵菌特有的效应分子,然而目前对其功能和分子机制知之甚少。为分析CRN效应分子在辣椒疫霉(Phytophthora capsici)与植物互作中的作用,本研究利用前期转录组测序结果,对辣椒疫霉基因组数据库进行序列比对分析,获得了7个CRN编码基因的全长序列;采用RT-PCR方法分析其在辣椒疫霉生长发育阶段(菌丝、游动孢子囊、游动孢子、萌发的休止孢)和侵染寄主阶段(本氏烟(Nicotiana benthamiana)灌根1.5、3、6、12、24、36和72 h后)的转录水平,发现3个基因在辣椒疫霉生长发育阶段和侵染阶段上调表达;将这3个基因克隆测序,发现其编码蛋白均含有保守的LFLAK和HVLVVVP基序;在本氏烟上的基因瞬时表达结果表明,Pc559084和Pc570403能够抑制由致病疫霉elicitin蛋白INF1或老鼠促凋亡蛋白BAX诱发的植物程序性细胞死亡,并且Pc559084能够促进辣椒疫霉侵染植物。这些研究结果为理解CRN效应分子在辣椒疫霉致病过程中的作用提供了重要的实验数据。     

NbRbohB基因在本氏烟与疫霉菌互作中的功能分析

活性氧(active oxygen species, AOS)在植物抗病中发挥着重要作用,主要由NADPH氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase)系统产生.为明确NADPH氧化酶NbRbohB基因在本氏烟与疫霉菌亲和与非亲和性互作中的功能,采用荧光定量PCR技术以及病毒诱导的基因沉默方法探究了NbRbohB基因在本氏烟中对2种疫霉菌抗性中的作用,并利用NADPH氧化酶抑制剂对辣椒疫霉的抗性进行了检测.结果发现:2种疫霉菌均能诱导本氏烟发生氧迸发,且NbRbohB基因可能参与了疫霉菌诱导本氏烟发生的氧迸发过程.该基因沉默后降低了本氏烟对亲和互作辣椒疫霉菌的抗性,但对非亲和互作疫霉菌的抗性没有肉眼可见的影响;NADPH氧化酶抑制剂处理本氏烟后也能降低其对辣椒疫霉的抗性.表明该基因通过介导AOS产生,参与植物对亲和性与非亲和性互作疫霉的抗病反应,在亲和互作中尤为重要.     

利用酵母双杂交筛选与致病疫霉菌效应蛋白PITG_07586互作的寄主蛋白

 致病疫霉是引起马铃薯晚疫病的病原菌,其分泌的效应蛋白是侵染寄主的重要毒力因子。本研究在致病疫霉转录组中筛选到一个侵染早期表达的效应蛋白基因PITG_07586(GenBank:XM_002904522.1)。该基因全长447 bp,其编码蛋白包含1个信号肽,1个核定位信号序列(RRRRKRRKKKK)。在本氏烟草中,瞬时表达该基因显著促进病原菌侵染。亚细胞定位表明GFP-PITG_07586定位在细胞核中。利用酵母双杂交技术并以PITG_07586为诱饵筛选马铃薯cDNA文库,最终获得3个靶标蛋白。经序列比对分析,这3个靶标蛋白分别是马铃薯POM30蛋白、电压依赖阴离子通道蛋白VDAC以及SRC2类蛋白。研究结果为致病疫霉菌效应蛋白PITG_07586及其靶标蛋白如何调控植物免疫提供重要依据。     

晚疫病抗性相关基因NbMybl的克隆与功能分析

Myb转录因子广泛参与调控植物生长发育以及应对环境胁迫,但有关其对晚疫病抗性调控机制的研究较少。本研究从本氏烟草中克隆获得一个含Myb-like结构域的蛋白编码基因,命名为NbMybl。该基因开放阅读框全长为753 bp,编码250 aa。实时荧光定量PCR(qPCR)结果显示NbMybl受致病疫霉(Phytophthora infestans)侵染诱导表达。亚细胞定位表明NbMybl定位在植物细胞核和细胞质中。利用病毒诱导的基因沉默技术,发现沉默NbMybl能够明显降低本氏烟草对致病疫霉的抗性。分析比较NbMybl沉默和非沉默对照烟草株系应对P.infestans侵染的转录组数据,发现差异表达基因(Differentially expressed genes, DEGs)8486个,其中上调基因4202个,下调基因4284个。使用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库进行基因富集分析,发现鉴定得到的DEGs中共有373个参与植物-病原菌互作,308个参与植物激素信号转导,216个参与植物MAPK信号途径。推测这些DEGs可能与...     

效应因子PsCRN77基因在本氏烟中的表达降低其对寄生疫霉的抗性

CRN(Crinkler)是一类疫霉菌胞内效应因子,绝大多数CRN的功能和作用机制尚不明确。本研究利用农杆菌介导的瞬时表达技术,发现大豆疫霉效应因子PsC RN77可以在本氏烟中抑制激发子诱导的细胞死亡。接种分析表明在本氏烟中表达该效应因子基因可以促进寄生疫霉的侵染。定量RT-PCR结果显示在本氏烟中表达PsCRN77可以负调控水杨酸信号途径标记基因PRb-1b的表达,正调控茉莉酸信号途径标记基因LOX的表达。进一步通过DAB染色表明,与表达GFP对照相比,表达PsCRN77可以降低疫霉菌侵染后本氏烟中的活性氧积累。以上结果表明PsCRN77是一个毒性效应因子,可以通过影响激素抗性信号途径和活性氧积累干扰植物的防卫反应,促进病原菌的侵染。该研究为认识疫霉菌的致病机制提供了线索。     

番茄斑萎病毒N基因的VIGS载体构建

 番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt orthotospovirus,TSWV)严重危害多种经济作物和园艺植物,其N基因与病毒的侵染力密切相关,将N基因直接构建到VIGS载体上研究其致病功能目前鲜见报道。本研究将TSWV N基因构建到pTRV-PTV00载体上,注射本氏烟,通过qRT-PCR定量分析发现先接种TSWV后注射沉默载体的植株抗TSWV效率达57.60%,先注射沉默载体后接种TSWV的植株抗TSWV效率达99.14%。结果表明先注射载体后接种TSWV的N基因沉默效率更高。TSWV N基因VIGS载体的构建可为研究N基因在病毒致病等方面的功能提供前期材料,并为TSWV抗病育种和田间绿色防控提供一定的理论依据。     

番茄斑萎病毒N基因的VIGS载体构建

 番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt orthotospovirus,TSWV)严重危害多种经济作物和园艺植物,其N基因与病毒的侵染力密切相关,将N基因直接构建到VIGS载体上研究其致病功能目前鲜见报道。本研究将TSWV N基因构建到pTRV-PTV00载体上,注射本氏烟,通过qRT-PCR定量分析发现先接种TSWV后注射沉默载体的植株抗TSWV效率达57.60%,先注射沉默载体后接种TSWV的植株抗TSWV效率达99.14%。结果表明先注射载体后接种TSWV的N基因沉默效率更高。TSWV N基因VIGS载体的构建可为研究N基因在病毒致病等方面的功能提供前期材料,并为TSWV抗病育种和田间绿色防控提供一定的理论依据。     

荔枝霜疫霉自噬相关基因的鉴定与表达分析

 细胞自噬(Autophagy)是一种真核生物中高度保守的胞内物质降解和循环再利用的生理过程,其调控细胞动态平衡、压力适应和细胞程序性死亡,与植物病原真菌生长发育、孢子形成、侵染等一系列过程密切相关。荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)侵染引起的荔枝霜疫病严重危害荔枝生产及采后贮藏。本研究利用模式物种中已知的自噬相关蛋白,采用同源比对的方法在荔枝霜疫霉基因组数据库中鉴定到19个同源蛋白,分属16种蛋白类型。分析基因结构和蛋白保守功能域,发现荔枝霜疫霉自噬相关基因均具有内含子,且数目差异明显;所鉴定候选蛋白都具有相应分组的保守功能域,而PlATG1a在C端具有2个额外的ATG11功能域,PlATG11则在其N端包含1个APG17功能域。进一步对具有核心功能且多成员的自噬相关蛋白ATG1、ATG6、ATG8和ATG18进行系统进化和序列模块分析发现,这些蛋白在不同物种之间十分保守,但是其同源蛋白间存在分化。通过转录组数据分析和qRT-PCR验证结果显示,荔枝霜疫霉中自噬相关基因在生长发育和侵染阶段均有表达,与菌丝阶段相比,PlATG1a、 PlATG2、PlATG3、PlATG6a、PlATG8、PlATG18a基因在游动孢子阶段特异上调表达,其中PlATG8最为显著;PlVPS34在孢子囊阶段特异诱导表达,PlATG1b、PlATG12、PlATG17在孢子囊与游动孢子阶段上调表达但是在侵染阶段下调表达;PlATG6b、PlATG9、PlATG10、PlATG13、PlATG14及PlVPS15基因在生长发育和侵染阶段均表现出不同程度的上调表达,PlATG7、PlATG11、PlATG18b 则在侵染阶段显著下调表达。结果表明,细胞自噬可能参与调控荔枝霜疫霉的生长发育及致病过程。     

大豆品种(系)抗疫霉根腐病基因的连锁SSR标记分析

 大豆疫霉根腐病是大豆破坏性病害之一。利用抗病品种是防治该病的唯一有效的方法。迄今,已经鉴定了15个抗大豆疫霉根腐病基因(Rps基因),而且大豆部分基因都获得了不同类型的分子标记。本研究根据以前抗病基因推导结果选择26个可能含有Rps1基因座位等位基因或(和)Rps4基因的大豆品种(系),利用分别与Rps1a和Rps4紧密连锁的SSR标记进行抗病基因的分子检测,通过比较含有已知抗病基因对照大豆品种(系)分子标记检测结果并综合以往基因推导结果推断检测品种(系)的Rps基因。在选择的26个品种(系)中,长农14号被证明含有Rps1a,周豆13和铁95068-5含有Rps1a与Rps4基因组合,品系50794、科8924-3和合豆1号含有Rps4;有11个品种(系)存在含有Rps1a的证据、品系50052被推断含有Rps1c与Rps3b基因组合,但不排除这些品种(系)在Rps1座位含有一个新等位基因的可能性。另外,有7个品种(系)的所含抗病基因不能确定,它们可能含有新的Rps基因。     

β-氨基丁酸诱导烟草产生PR蛋白及对TMV的抑制作用

 本文研究了β-氨基丁酸(BABA)诱导系统侵染寄主烟草NC89产生PR蛋白及其对TMV的抑制作用。用5mmol/LBABA对抗性烟和非抗性烟进行叶面喷施处理均可以抑制烟草叶片中TMV的产生,平均抑制率分别达到59%和49%。BABA和SA处理均可以诱导2种烟草叶片中PR1、PR2和PR5基因的表达,其中对PR1的诱导作用相对较强。分别用BABA和SA处理非抗性烟草,在处理后的不同时间内2种药剂对PR1基因的诱导规律基本相同。用BABA和SA分别预处理非抗性烟草2d后接种TMV,2种药剂对烟草叶片中PR1基因的影响是完全不同的,其中,BABA处理后接种TMV抑制PR1基因的表达,在接种后第72h已经检测不到PR1基因的存在,SA处理后接种TMV对PR1基因的影响呈现弱-强-弱的变化趋势,在接种后第24hPR1的表达量达到最强,以后逐渐减弱。试验结果表明:BABA能够提高非抗性烟草对TMV的抗性,但是BABA诱导烟草产生抗TMV的作用机制可能是一种不同于目前普遍公认的SA的作用机制。     

葡萄座腔菌候选效应子抑制了Bax诱导的PCD反应并促进烟草疫霉的侵染

 轮纹病是苹果生产中发生严重又难以防治的病害。为探究致病机理,本研究选择葡萄座腔菌的3个候选效应子进行研究。农杆菌介导的烟草瞬时表达显示,Bdo_01520、Bdo_11198、Bdo_11545都能够完全抑制Bax诱导的烟草PCD反应。酵母分泌系统测试表明3个候选效应子的信号肽都具有外泌活性。qRT-PCR测定候选效应子在葡萄座腔菌ZY7有伤接种苹果果实后的相对表达量,结果显示3个基因在病菌侵染36~72 h上调表达。在本生烟中瞬时表达Bdo_11198显著促进了烟草疫霉的侵染,并降低了疫霉菌侵染后本生烟中活性氧的积累。结果表明,葡萄座腔菌候选效应子可以通过影响植物的PCD反应和过氧化氢积累促进病原菌的侵染,研究结果为进一步研究葡萄座腔菌的致病机制提供了基础。     

两个马铃薯Y病毒不同株系分离物在三种寄主上的致病性分析

马铃薯是重要的粮食和经济作物。马铃薯Y病毒(potato virus Y,PVY)是危害马铃薯安全生产的重要病毒。近年来,危害我国马铃薯的PVY株系组成发生了显著变化。PVY重组型株系尤其是PVY^NTN-NW SYRI和SYRII型成为优势株系,但与传统株系分离物相比,优势株系分离物在不同寄主上的侵染性及其致病力还不清楚。本研究分析了PVY^N株系代表性分离物PVY^N605和PVY^NTN-NWSYRI型分离物GZ在本氏烟、普通烟和辣椒上的侵染性,比较了二者在本氏烟和普通烟上的致病力。结果表明,PVY^N605和PVY^NTN-NWSYRI-GZ分离物均能侵染本氏烟和普通烟,并在普通烟上引起叶脉坏死;PVY^N605不能系统侵染辣椒品种‘特大牛角王’,而PVY^NTN-NWSYRI-GZ可系统侵染辣椒品种特大牛角王。PVY^NTN-NWSYRI-GZ在本氏烟细胞间的移动速度明显慢于PVY^N     

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。     

菊花‘C029’转录因子基因CmWRKY15-1的抗病功能分析

 菊花白色锈病(chrysanthemum white rust,CWR)是影响菊花生产效益的重要病害,明确菊花高抗品种‘C029’的抗病基因CmWRKY15-1响应菊花白色锈病的分子机制,对于培育菊花抗病新品种具有重要的理论和现实意义。本研究以菊花高抗品种‘C029’为试验材料,构建沉默载体pTRV2-CmWRKY15-1与过表达载体pBI121-CmWRKY15-1,利用农杆菌介导法转化菊花‘C029’,分别获得8株沉默株系,表达效率约为正常水平的30%～60%,和3株过表达株系,其中一株的表达水平为野生型(WT)的3.4倍,命名为OE-1。在病原菌侵染条件下,qRT-PCR测定WT与转基因株系中病程相关基因的表达量,探究CmWRKY15-1在菊花抵抗白色锈病过程中的功能。病原菌侵染后,在WT与OE-1中,NPR1和PR5的表达水平呈先上升后下降趋势,其表达量在OE-1中早于WT(分别在24和38 h)达到最高峰,PR1的表达量在OE-1于38 h达到峰值。在沉默株系中,NPR1和PR5的表达则受到抑制,且一直低于WT与OE-1株系。结果表明:CmWRKY15-1通过调控病程相关基因参与菊花抵抗白色锈病的反应。综上,CmWRKY15-1对菊花‘C029’抗白色锈病起到调控作用。     

利用Gateway技术筛选Candidatus Liberibacter asiaticus致病相关基因研究

柑橘黄龙病是危害全球柑橘产业健康发展的最严重病害之一,病原为韧皮部限制性细菌,我国的柑橘黄龙病由亚洲种(Candidatus Liberibacter asiaticus,CaLas)引起。由于该病原菌难以获得离体纯培养,从而限制了其致病分子机制的研究。本试验根据已经报道的植物病原细菌致病相关基因特点,从黄龙病菌亚洲种Psy62菌株全基因组序列(Psy62:NC_012985.1)中选取3个假定致病相关基因,分别标记为PalCa _(Las)、MotCa _(Las)和HlyCa _(Las),利用Gateway技术的同源重组原理,将3个基因通过BP反应和LR反应,分别构建到植物表达载体psk103中,接种本生烟(Nicotiana benthamiana)后,通过瞬时表达筛选可诱导_(N.)benthamiana产生过敏性坏死反应的功能基因。经过PCR克隆和测序验证,PalCa _(Las),、MotCa _(Las)和HlyCa _(Las)基因均成功构建至植物表达载体上。本生烟瞬时表达试验证实:当含有目的基因的根癌农杆菌菌悬液OD600值介于_(0.)6_(~0.)~(8,)测试本生烟苗龄6周左右,PalCa _(Las)基因在接种4 dpi时可引发明显的HR(hypersensitive reaction)反应,12 dpi时HR反应更为强烈。同等条件下MotCa _(Las)和HlyCa _(Las)均不能引发类似反应。由此证实,Gateway技术可成功用于筛选CaLas致病相关基因,PalCa _(Las)基因可能在CaLas致病过程中发挥重要作用。该报道为国内首次采用Gateway技术进行CaLas致病相关基因功能研究,为后续开展CaLas病原寄主互作分子机制研究奠定了基础。     

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。