大丽轮枝菌木糖苷酶基因的鉴定及基于HIGS技术的功能分析

【目的】 从大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）中鉴定木糖苷酶基因,研究其与大丽轮枝菌致病力的关系,为解析大丽轮枝菌致病分子机制提供理论依据,同时为制定更好的棉花黄萎病防治策略提供科学依据。【方法】 利用生物信息学方法从大丽轮枝菌基因组数据库中鉴定全部木糖苷酶基因,并对基因编码蛋白的结构域、基因的染色体定位及进化关系等进行分析。利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测木糖苷酶基因在不同抗/感棉花品种根系分泌物培养0、6、12、24和48 h大丽轮枝菌中的表达量。利用寄主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing,HIGS）技术对木糖苷酶基因VdxyL3在大丽轮枝菌侵染过程中的功能进行初步分析。将VdxyL3的目标片段转化棉花,采用伤根法接种大丽轮枝菌Vd991,观察转化植株的表型,调查病情指数,同时利用qRT-PCR技术对植株中真菌生物量和VdxyL3的表达量进行检测。【结果】 利用生物信息学方法从大丽轮枝菌中查找出13个木糖苷酶基因（VdxyL1—VdxyL13）,其编码序列长度介于1 461—2 544 bp,蛋白质分子量介于38.78—90.97 kD,理论等电点介于4.67—5.89。结构域和进化树分析发现13个木糖苷酶基因中包括9个糖苷水解酶43家族成员、1个3家族成员和3个31家族成员。染色体定位分析发现13个基因分布在6条染色体上,未形成基因簇。qRT-PCR结果发现选取的6个基因均受到根系分泌物的诱导,在一种或多种根系分泌物中培养6 h或12 h后,表达量均明显升高,然后降低。其中VdxyL3受海岛棉根系分泌物诱导后表达量明显升高,表明该基因的表达明显受海岛棉根系分泌物的诱导。HIGS研究结果表明,接菌14 d和21 d后转化VdxyL3基因干扰片段的棉花发病明显较重,其病情指数（33.3和83.9）明显高于空载体对照（21.7和66.1）。qRT-PCR分析发现转化VdxyL3基因干扰片段的棉花植株茎中VdxyL3的表达量明显低于空载体对照,真菌生物量显著多于对照。【结论】 利用HIGS技术将VdxyL3基因沉默后,棉株的抗病性明显降低,表明VdxyL3在大丽轮枝菌致病及宿主-病原体互作过程中可能发挥着重要的作用。     

野生茄子托鲁巴姆StLTPa7的克隆与分析

【目的】从野生茄子托鲁巴姆（Solanum torvum Swartz）中克隆非特异性脂质转移蛋白基因StLTPa7 cDNA,并解析其功能。【方法】采用同源基因设计引物,并根据RT-PCR方法克隆StLTPa7 cDNA序列;通过农杆菌浸染法转化烟草,构建StLTPa7过表达转基因烟草植株;采用菌丝生长速率法检测转基因烟草植株蛋白提取物对大丽轮枝菌的体外抑菌活性。【结果】托鲁巴姆中克隆获得1个StLTPa7 cDNA序列,该序列含有1个345 bp的开放阅读框,推测编码长114个氨基酸的蛋白,相对分子量为11.42 kD,理论等电点为9.01。StLTPa7受水杨酸（SA）和大丽轮枝菌诱导表达,在处理后24和48 h的表达量较高。为了分析StLTPa7对大丽轮枝菌的抗性,构建了过表达转基因烟草植株,共获得了4个PCR阳性转StLTPa7烟草株系。荧光定量PCR分析显示,该基因在转基因烟草株系L5和L7中过量表达。抑菌试验显示,转基因烟草株系L5蛋白提取物对大丽轮枝菌的抑菌率约为对照的2.5倍。【结论】从野生茄子托鲁巴姆中克隆到1个StLTPa7 cDNA序列,该基因与大丽轮枝菌的生长和增殖的抑制作用相关,可能参与植物对大丽轮枝菌的防卫过程。     

葡萄果实MYBA1与UFGT、DFR的作用机制

【目的】MYBA1转录因子在花色苷生物合成中扮演着重要角色,通过对葡萄果实发育过程中VvMYBA1、VvUFGT、VvDFR的表达和花色苷的积累模式以及VvMYBA1与VvUFGT、VvDFR作用机制的分析,阐明花色苷合成调控机制。【方法】利用实时荧光PCR检测VvMYBA1、VvUFGT、VvDFR在葡萄果实发育过程中的表达模式;采用分光光度计测定葡萄中花色苷积累量的变化规律;用SAS8.0软件分析VvMYBA1、VvUFGT、VvDFR不同时期表达量及花色苷积累量之间的相关性;通过酵母杂交系统检测VvMYBA1转录激活活性及其与VvUFGT、VvDFR间的作用。【结果】实时荧光定量PCR结果显示,VvMYBA1、VvUFGT、VvDFR在葡萄果实发育过程中呈现先上升后下降的趋势,在转色期（花后60-80 d）达到最大值。葡萄果实发育过程中花色苷积累量表现为先上升后趋于稳定,转色期（花后80 d）达到最大值。相关性分析结果表明,VvMYBA1表达量与VvUFGT、VvDFR表达量呈显著正相关,花色苷积累量与VvMYBA1、VvUFGT、VvDFR表达量呈显著正相关。酵母杂交系统检测表明,VvMYBA1具有转录激活功能,能够特异结合VvUFGT、VvDFR启动子,与VvUFGT、VvDFR编码的蛋白不具有相互作用。【结论】花色苷含量与VvMYBA1、VvUFGT、VvDFR表达量呈显著正相关,VvMYBA1具有转录激活功能且能特异性结合VvUFGT、VvDFR的启动子,表明VvMYBA1通过激活VvUFGT、VvDFR的启动子来调节其表达,从而调控花色苷的合成积累。     

棉花黄萎病菌VdHP1的克隆及功能分析

【目的】明确棉花黄萎病菌（大丽轮枝菌Verticillium dahliae）中一个新基因（VdHP1）的功能,为解析棉花黄萎病菌的致病机制以及棉花黄萎病的防治提供依据。【方法】以大丽轮枝菌野生型菌株V592的基因组DNA和cDNA为模板,对VdHP1全长进行克隆并测序;利用逆转录实时荧光定量PCR（RT-qPCR）分别对棉花根系诱导不同时间VdHP1的表达量及V592菌株不同组织中VdHP1的表达量进行测定;构建针对VdHP1的敲除载体、互补载体和过表达载体,通过农杆菌介导的遗传转化筛选VdHP1基因敲除突变体、互补菌株和过表达菌株;以野生型菌株V592为对照,对VdHP1基因敲除突变体及互补菌株的菌落及菌丝形态进行观察,并对微菌核量、产孢量及致病力进行测定;通过RT-qPCR测定其他致病力相关的基因在VdHP1基因敲除突变体及过表达体菌株中的表达情况。【结果】VdHP1全长为862bp,预测编码蛋白含268个氨基酸,与GenBank中已注释的基因没有任何的序列相似性。野生型菌株V592受棉花根系诱导6—12 h时VdHP1表达水平显著上调,表明VdHP1在大丽轮枝菌侵染早期发挥作用。VdHP1在分生孢子中的表达量显著高于在菌丝和微菌核中的表达量,表明VdHP1在大丽轮枝菌不同组织中的表达具有差异性。与野生型菌株V592相比,VdHP1基因敲除突变体产孢量和产孢梗显著减少,菌丝分支呈螺旋状,对棉花的致病力明显下降。与侵染钉形成相关基因（VdCrz1、VdNoxB、VdPls1）、分泌蛋白释放相关基因（VdSep5）及分生孢子产生相关基因（Vdpf、VdSge1、VGB、VdPLP、VdCYC8、VdNLP1、VdNLP2）在VdHP1基因敲除体中的相对表达量显著下调,在过表达菌株中上调;而与黑色素合成相关基因（VdCmr1、VdSho1、VdLAC、VdPKS1）在VdHP1基因敲除突变体中则显著上调,在过表达菌株中下调。【结论】VdHP1与大丽轮枝菌分生孢子和产孢梗的产生有关,参与大丽轮枝菌致病;VdHP1对与侵染钉形成、分泌蛋白释放及分生孢子产生相关基因的表达具有正调控作用,对黑色素合成相关基因的表达具有负调控作用。     

转HhERF2和PeDREB2a基因棉花对胁迫的耐受能力分析

AP2/ERF转录因子普遍存在于植物中,并广泛参与植物对生物和非生物胁迫的响应。为了提高棉花对病害及非生物逆境的抵抗能力,将分别从抗逆性优良的沙生植物铃铛刺(Halimodendron halodendron)和胡杨(Populus euphratica)中分离的HhERF2和PeDREB2a转录因子基因构建以rd29A为启动子的表达载体,并通过花粉管通道法转化棉花。利用Real-time PCR分析胁迫处理的转基因阳性植株HhERF2和PeDREB2a基因异位表达及下游PR(pathogenesis-related protein)基因表达情况,结果表明在病原菌、干旱和盐胁迫下转基因植株体内HhERF2基因能够超表达,而PeDREB2a基因仅在干旱和盐胁迫诱导下超表达。接种大丽轮枝菌(Verticillium dahlia)后能够诱导转基因植株相关PR基因表达,同时与对照J12相比植株体内PAL、SOD和POD等酚类代谢相关酶的活性显著增加,且增强了转基因棉花对大丽轮枝菌的抵抗能力。干旱和高盐胁迫下生理生化特性分析表明,与对照相比,转基因棉花叶片中可溶性碳水化合物和相对含水量显著升高,而电导率和丙二醛(MDA)含量显著降低。因此,转基因棉花对大丽轮枝菌及干旱和高盐胁迫表现出了较强的耐受能力。     

番茄U6启动子的克隆及CRISPR/Cas9基因编辑体系的建立

【目的】从番茄中克隆高效转录的SlU6启动子,构建CRISPR/Cas9基因编辑载体,并在番茄中建立CRISPR/Cas9系统,为番茄功能基因组学和分子育种研究提供技术基础。【方法】采用PCR方法从‘中蔬四号’番茄品种中克隆4种SlU6启动子,利用Transfer PCR方法分别对4个启动子进行两种不同长度的截短,分别构建8个截短的SlU6启动子驱动GUS的植物融合表达载体。利用农杆菌瞬时转化法分别转染番茄叶片,通过GUS染色筛选出在番茄叶片中转录活性较高的SlU6-2启动子。采用DNA重组技术构建以SlU6-2为启动子驱动sgRNA,以番茄白粉病相关基因MLO1和EDR1为靶序列的CRISPR/Cas9基因组编辑载体。载体构建成功后,采用PEG法转化番茄原生质体,提取基因组DNA,采用酶切/PCR法分析内源基因突变情况;采用测序法分析内源基因突变的类型。利用突变位点频率分布图来验证番茄内源启动子在番茄CRISPR/Cas9系统中的有效性。【结果】经过两轮PCR,共获得4种8个不同长度的番茄U6启动子,其长度分别是452、202、448、206、433、190、448和218 bp,启动子序列比对分析发现番茄U6启动子与拟南芥U6启动子一样,也含有比较保守的两个元件,USE和TATA框。成功构建了8个SlU6启动子分别驱动GUS的植物融合表达载体。番茄叶片染色结果显示转化后的番茄叶片均被染成蓝色,表明克隆的番茄8个SlU6启动子均具有转录活性。选择SlU6-2P4为启动子驱动sgRNA,成功构建番茄白粉病相关基因MLO1和EDR1为靶序列的CRISPR/Cas9基因组编辑载体,验证结果表明番茄内源启动子SlU6-2P4能有效地驱动sgRNA的转录,并成功实现对番茄内源基因的编辑。内源基因突变的类型都为碱基替换,突变热点仅存在于内源基因靶序列区。【结论】成功克隆了4种在番茄叶片中高效转录的SlU6启动子;基于SlU6-2启动子的CRISPR/Cas9基因组编辑载体,在番茄中成功实现对内源基因的编辑。     

RHO1基因的HIGS表达载体构建及转基因水稻的抗病性分析

【目的】使用Gateway技术构建稻瘟菌RHO1基因寄主诱导的基因沉默(HIGS)表达载体,将其转化入水稻后,观察稻瘟菌对转基因水稻的致病力。【方法】利用PCR技术从稻瘟菌cDNA扩增RHO1基因,通过Gateway技术构建pBDL03-RHO1载体,电转化进入农杆菌AGL1;以水稻日本晴为材料,通过农杆菌介导的转化方法获得转基因水稻植株,并对其接种稻瘟菌,分析转基因水稻对稻瘟菌抗性。【结果】通过PCR扩增获得了RHO1基因片段,利用BP反应构建了入门载体pDONR 221-RHO1,采用LR反应构建了HIGS表达载体pBDL03-RHO1。通过农杆菌介导的转基因方法将HIGS载体转入了水稻中,并利用mCherry红色荧光观察和PCR扩增验证了转基因植株构建成功。接种试验结果表明,HIGS转基因植株对稻瘟菌的抗性提高。【结论】利用Gateway技术可以简单快速构建HIGS表达载体,表达RHO1的转基因水稻抗病性提高,表明RHO1介导的HIGS在水稻-稻瘟菌互作过程中可以发挥作用。     

丹波黑大豆GmDREPP基因的克隆与耐铝性

发育调节质膜多肽(developmentally-regulated plasma membrane polypeptide, DREPP)是一类植物特异性蛋白,参与植物对生物和非生物胁迫的响应与调控。本研究以耐铝丹波黑大豆(Glycine max cv. Tamba)为试验材料,克隆获得编码丹波黑大豆GmDREPP蛋白基因的CDS序列,构建组成型过表达载体pCXSN-GmDREPP,成功遗传转化烟草(Nicotiana tabacum),并运用qRT-PCR定量技术研究GmDREPP基因在丹波黑大豆中的表达情况。结果表明,铝胁迫下GmDREPP在丹波黑大豆的根、茎、叶、子叶中均有表达,根中又以根尖的表达量最高;GmDREPP的根尖表达水平随Al³⁺浓度增加而上升,Al³⁺浓度高于50 μmol·L^-1后其表达量无显著变化。对转基因烟草阳性植株进行RT-PCR分析,选取3个表达水平较高的转基因株系(GmDREPP-2、GmDREPP-4、GmDREPP-5)进行耐铝性分析,结果表明:(1)50 μmol·L^-1 Al³⁺处理24 h后转基因烟草根的相对伸长量、NtALS3和NtMATE的表达量与柠檬酸分泌量均极显著(P<0.01)高于野生型;(2)与野生型相比,转基因植株根系过氧化物酶(peroxidase,POD)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性极显著(P<0.01)升高,而丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量较野生型极显著(P<0.01)降低;(3)伊文思蓝和苏木精染色结果显示,转基因烟草根尖颜色较野生型浅,说明受铝毒害减轻。通过在烟草中过表达GmDREPP基因的研究,证明该基因具有增强耐铝性的功能,可以为培育耐铝新品种提供基因资源。     

紫花苜蓿NAC类转录因子基因MsNAC2的克隆及其功能分析

【目的】NAC转录因子是植物特有的一类转录因子,N端含有一段高度保守、约150个氨基酸组成的NAC结构域,而C端为高度变异的转录调控区。NAC转录因子不仅参与植物生长发育的调控,而且在植物抗逆反应中具有重要的调控作用。作者从紫花苜蓿中克隆了一个NAC类转录因子基因MsNAC2,期望通过分析其DNA和氨基酸序列特征,阐明其在紫花苜蓿中响应非生物胁迫的表达模式,通过在烟草中过量表达鉴定其生物学功能,为进一步了解MsNAC2在紫花苜蓿中的耐逆调控机理提供试验基础,并为通过转基因技术改善紫花苜蓿抗逆力和提高其品质奠定研究基础。【方法】应用RT-PCR和RACE技术获得紫花苜蓿MsNAC2全长序列,并进行生物信息学分析。应用real-time PCR技术分析该基因在非生物胁迫下的时空表达特征。构建MsNAC2-GFP融合表达载体,进行基因表达的亚细胞定位分析。同时构建pBI121-MsNAC2植物超表达载体,通过农杆菌介导法转化烟草叶盘,比较逆境胁迫条件下野生型烟草和转基因株系的表型和生理指标,鉴定超表达MsNAC2对烟草耐逆能力的调控效应。【结果】MsNAC2全长1 358 bp,开放阅读框长度为1 023 bp,编码340个氨基酸,编码蛋白质分子量为39.4 kD,其N端含有典型的NAC保守结构域,C端高度变异。进化树聚类分析表明,该基因与脐橙CsNAC亲缘关系较近,属于NAC蛋白的ATAF亚家族。洋葱亚细胞定位分析表明MsNAC2定位于细胞核。转录水平表达分析表明MsNAC2受250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000、0.1 mmol·L^-1 ABA和4℃胁迫诱导而显著升高,并且MsNAC2在根中的表达量要明显高于在叶中的表达量。抗性试验结果显示,在NaCl、PEG和4℃冷害胁迫下,转基因烟草苗高、根长、鲜重和干重等生长指标均高于野生型。生理指标检测结果表明,在250 mmol·L^-1 NaCl、20% PEG6000和4℃处理24 h后,转基因烟草叶片丙二醛含量明显低于野生型烟草,分别为野生型的82.6%、73.2%和77.8%。脯氨酸含量高于野生型烟草,分别达1.52倍、1.72倍和2.24倍,且SOD和POD的活性均高于野生型烟草,分别为野生型的1.101倍、1.105倍、1.33倍和1.12倍、1.08倍及1.19倍。【结论】从紫花苜蓿中克隆了一个新的NAC转录因子基因MsNAC2,该基因能够对盐、冷害和干旱胁迫产生响应,与野生型烟草相比,过量表达MsNAC₂烟草具有较强的耐盐、抗旱和抵御寒冷的能力,说明该基因可能参与调控非生物逆境胁迫的生理响应。     

紫花苜蓿盐诱导类受体蛋白激酶基因MsSIK1的克隆及功能分析

【目的】对紫花苜蓿（Medicago sativa L. cv. Zhongmu-1）stress-induced protein kinase gene 1（MsSIK1）进行克隆与表达研究,了解该基因的分子机制及其应用。【方法】以紫花苜蓿叶片总RNA为模板,根据同源克隆设计简并引物,利用RT-PCR结合RACE技术,获得MsSIK1的编码序列。利用同源性比对进行序列分析。通过SMART网站（http://smart.embl-heidelberg.de/）模拟该基因的蛋白结构。构建MsSIK1的亚细胞定位瞬时表达载体,使用基因枪转化法将MsSIK1与GFP在洋葱表皮细胞中融合瞬时表达并观察其亚细胞定位荧光信号。通过Real time-PCR分析MsSIK1在NaCl、ABA和干旱处理条件下的表达特征。利用农杆菌侵染方法获得转基因拟南芥植株,通过RT-PCR对转基因植株进行表达鉴定,获得转基因植株后,利用转基因株系进行盐处理进而对成苗期转基因拟南芥性状鉴定。在盐胁迫处理下,测定野生型与转基因株系的叶绿素含量、MDA含量进而验证该基因的抗盐功能。【结果】获得MsSIK1编码序列2 478 bp,编码825个氨基酸。该蛋白C端与多种植物激酶具有相当高的同源性,模拟蛋白结构发现该基因具有类受体蛋白激酶高度保守的丝氨酸/苏氨酸结构域、跨膜结构域和富含亮氨酸重复序列的膜外结构域。Real time-PCR分析表明该基因在NaCl、ABA和干旱处理条件下上调表达,其中在盐处理条件下,MsSIK1表达先升高后降低,在处理4 h时达到最大值（约为对照值的7倍）。在干旱胁迫处理时,MsSIK1受诱导表达增强明显,当处理2 h时表达量达到最大值（约为对照值的6倍）;ABA处理时,MsSIK1被诱导表达明显,当处理3 h时表达量达到最大值,约为对照值的6.8倍。MsSIK1与GFP融合瞬时表达的洋葱表皮细胞中的荧光信号主要集中于质膜附近,转化空载体的洋葱表皮细胞中的荧光信号分布于细胞各个部位。转基因植株的RT-PCR鉴定表明,T₁代6个株系中所得到的MsSIK1条带明显、亮度高,且T₁-10中表达量最高;但在野生型中检测不到该条带,说明外源基因已经整合到拟南芥染色体中并能遗传到子代。成苗期转基因拟南芥盐处理后发现T₃-2、T₃-6、T₃-10转基因株系较野生型植株长势好,说明MsSIK1的转入提高了拟南芥的抗盐性。与对照相比,转MsSIK1拟南芥在NaCl处理下,叶绿素含量下降较少,其中,野生型叶绿素含量降低了77%,T₃-3降低了53%,T₃-6降低了44%,T₃-10降低了35%;同样盐胁迫下,3个转基因株系的MDA含量积累较少,其中,野生型MDA的含量是T₃-10株系的1.3倍。【结论】MsSIK1作为一个类受体蛋白激酶受多种逆境胁迫诱导,该基因的过量表达提高了拟南芥的抗盐性。     

BS2基因在烟草中的功能解析

BS2蛋白来源于枯草芽孢杆菌B111,具有较强的黄萎病抗性,能抑制黄萎病菌孢子萌发并破坏其菌丝生长。BS2基因全长1 566 bp,共522个密码子,由于物种间偏爱密码子的差异,若不对其进行密码子优化而直接导入植物,会造成基因表达量低甚至不表达。按植物密码子对BS2基因进行优化合成,共优化了332个密码子;生物信息学分析得出:1～28位氨基酸为N端信号肽,成熟的BS2蛋白由224～521位氨基酸构成,是一种中性锌金属肽酶;亚细胞定位将BS2蛋白定位于细胞膜;牛津杯法检测得出转基因烟草株系的蛋白粗提液有很强的抑菌活性;未侵染黄萎病菌的对照组,T1代转基因植株与野生型长势基本一致、表型无明显差异;黄萎病菌V991侵染组,转基因烟草的表型性状明显优于野生型,且两组中转基因烟草的SOD、CAT活性和SA、ABA含量均显著高于野生型,说明BS2基因可以显著提高转基因烟草的黄萎病抗性。     

棉花黄萎病相关基因GhMYB6的克隆与功能分析

【目的】克隆陆地棉MYB家族基因GhMYB6,并对其在棉花抗黄萎病反应中的功能进行初步探究,为挖掘棉花抗病相关基因及棉花抗病育种提供参考。【方法】基于棉花转录组测序数据,筛选并克隆了响应黄萎病菌侵染的基因GhMYB6,对其序列进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测其在黄萎病诱导下的表达模式,并利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术初步验证棉花抗黄萎病中的生物学功能。【结果】克隆获得的GhMYB6基因开放阅读框(ORF)为258 bp,编码85个氨基酸残基,理论等电点(pI)为9.34,脂肪系数为73.41,平均疏水性为-0.793,相对分子质量为9.86 kD,不稳定指数为73.41,为亲水性、碱性的非跨膜蛋白,无信号肽,定位于细胞核,在第11~63氨基酸处含有1个SANT结构域。GhMYB6蛋白与雷蒙德氏棉GrMYB6聚在同一小分支上,说明二者的亲缘关系较近。GhMYB6基因在V991侵染后6和12 h时相对表达量较对照(未侵染处理,CK)极显著下调(P<0.01),72 h时显著上调(P<0.05,下同),24和48 h时与CK无显著差异(P>0.05)。与阴性对照植株TRV:00相比,GhMYB6基因沉默植株萎蔫程度和叶片黄化更严重,病情指数显著升高,茎秆的褐变程度更严重,且茎段在培养基上生长的真菌菌丝数量明显增多。【结论】GhMYB6基因响应黄萎病菌V991侵染,当抑制GhMYB6基因表达后,棉花对黄萎病菌的敏感性增强,抗性明显降低,推测GhMYB6是棉花抗黄萎病防御的一个正向调节因子。     

陆地棉CRK基因家族的鉴定及其表达分析

【目的】富含半胱氨酸类受体激酶（CRK）是植物中最大的类受体激酶家族之一,在植物生长发育、激素信号传导和抗逆境胁迫中发挥重要作用。从全基因组水平鉴定陆地棉CRK基因家族并进行生物信息学和表达模式分析,为研究和利用陆地棉CRK基因家族奠定基础。【方法】从Pfam数据库下载stress-antifung结构域氨基酸序列,应用BLASTp程序搜索棉花基因组数据库,鉴定棉花CRK基因家族;利用Compute pI/Mw tool、SignalP、TMHMM Server V2.0、WoLF POSRT等在线工具预测陆地棉CRK家族蛋白的分子量、信号肽、跨膜结构域和亚细胞定位等;用ClustalX1.8软件对棉花和拟南芥CRK蛋白质进行氨基酸序列比对,MEGA5.0分析棉花和拟南芥CRK蛋白的系统进化关系;使用TBtools制作陆地棉CRK基因家族的染色体定位、基因结构和蛋白质结构域示意图;应用植物顺式调控元件数据库PlantCARE分析棉花启动子序列;通过植物磷酸化位点数据库PlantPhos预测陆地棉CRK家族蛋白的磷酸化位点;从NCBI数据库下载RNA-Seq数据,利用转录组定量工具Kallisto计算TPM值,通过在线工具Morpheus绘制陆地棉CRK家族基因表达热图。【结果】陆地棉基因组中有70个CRK基因,分布于14条染色体,其中52个基因（74.3%）集中串联成簇分布于A6/D6、A9/D9、A10/D10染色体,且在A/D染色体组之间呈现高度共线性关系。编码302-901个氨基酸,58个蛋白质（82.9%）具有跨膜结构域,主要定位于叶绿体、质膜和胞外。磷酸化位点预测结果表明,陆地棉和拟南芥CRK有5个相同的磷酸化位点基序,包括3种丝氨酸磷酸化位点基序和2种苏氨酸磷酸化位点基序。65个陆地棉CRK基因的启动子区（92.9%）至少含有一种逆境激素响应元件,69个基因启动子区（98.6%）至少含有一种生物或非生物胁迫响应元件。根据RNA-Seq数据分析结果,陆地棉CRK基因可分为3种不同的组织表达特征类型;盐、干旱、冷、热胁迫以及接种大丽轮枝菌均可以导致部分陆地棉CRK基因表达水平的改变。GhCRK25在根、茎、叶和胚珠中优势表达,在纤维中几乎不表达,ABA、GA3、SA、PEG-6000、氯化钠和大丽轮枝菌Vd991处理均能刺激GhCRK25迅速上调表达。应用病毒诱导的基因沉默技术（VIGS）沉默GhCRK25可导致棉花对大丽轮枝菌Vd991更为敏感。【结论】陆地棉CRK基因家族有70个成员,具有保守的基因结构和功能结构域,多样化的组织表达特征,大多数基因受激素和逆境调控。     

棉花GbRvd的亚细胞定位及其超表达烟草抗病性分析

【目的】研究棉花NB-LRR家族基因GbRvd的亚细胞定位及超表达烟草的黄萎病抗性,为解析GbRvd介导的植物抗黄萎病机制提供依据。【方法】对真核表达载体pJCV52进行改造,在SpeⅠ酶切位点插入gfp,使其兼具亚细胞定位的功能,命名为GPJCV52。应用Gateway技术构建GbRvd的亚细胞定位和超表达载体,并分别转化农杆菌GV3101。利用生物信息学和农杆菌介导的烟草瞬时表达技术对GbRvd分别进行亚细胞定位预测与观察。采用农杆菌介导法转化烟草,并通过组织培养技术获得转基因植株。运用PCR对超表达GbRvd的烟草进行阳性植株筛选,且利用半定量RT-PCR对阳性转基因植株进行表达检测。制备棉花黄萎病菌孢子悬浮液,通过灌根法对T_3代转基因烟草株系进行接种,利用5级标准统计发病情况并计算病情指数。【结果】利用在线分析软件ProtComp预测GbRvd为一种胞外(分泌)蛋白;GbRvd的跨膜预测结果显示其包含3个跨膜域;在线分析软件Wo LF PSORT预测结果显示GbRvd在细胞膜、内质网及叶绿体的预测分值分别为7、3和1,表明GbRvd主要存在于植物细胞膜上。利用农杆菌介导的烟草瞬时表达技术进一步对GbRvd的亚细胞定位进行观察,结果显示在单独表达GFP蛋白的烟草细胞中,荧光信号在细胞核、细胞质和细胞膜均有分布;而GbRvd与GFP融合表达后的荧光信号主要分布于烟草表皮细胞质和细胞膜。综合生物信息学分析和亚细胞定位观察结果,表明细胞膜和细胞质是GbRvd的主要分布位置。利用农杆菌介导和组织培养获得了转基因烟草植株,通过对转基因烟草植株的PCR检测显示,阳性转基因烟草植株能够通过PCR扩增出与预期大小一致的目的条带,而野生型植株未出现相应条带;阳性转基因烟草植株半定量RT-PCR同样能够检测出与预期大小一致的目的条带,由此表明GbRvd成功整合于烟草基因组并能够进行正常转录。对3个T_3代超表达烟草株系的黄萎病抗性进行分析,结果显示超表达GbRvd的烟草植株病情指数显著低于野生型对照植株,表明过表达GbRvd可有效提高植株对黄萎病的抗性。【结论】GbRvd主要存在于植物细胞质和细胞膜,其超表达可显著提高烟草对黄萎病的抗性。     

大丽轮枝菌致病性相关突变体快速筛选体系的建立

【目的】建立适合于大丽轮枝菌（Verticillium dahliae）致病性相关突变体的快速筛选体系,为突变库中与致病性相关突变体的系统筛选和鉴定提供技术支撑。【方法】棉花幼苗接种于5.0×10⁴、5.0×10⁵、5.0×10⁶、5.0×10⁷和5.0×10⁸孢子/mL的孢子悬浮液30 min,通过病情指数调查明确引起棉花黄萎病发生的病原菌浓度范围;对培养于培养瓶的大丽轮枝菌分别加入15、25、35和45 mL的灭菌水,利用血球计数板检测洗脱的孢子浓度,明确不同体积灭菌水对洗脱孢子悬浮液浓度的影响;以保存于96孔板的突变体为单位,在培养皿上进行单孢分离并挑取单个孢子于培养瓶中扩繁培养,培养后于培养瓶中直接加入适宜体积灭菌水洗脱孢子,并将棉花幼苗直接置于含有孢子悬浮液的培养瓶中处理30 min,接种后继续培养14 d并调查结果;致病性相关突变体的可靠性检验采用定量菌液蘸根接种法,每个突变体接种30株棉花幼苗,3个重复,孢子浓度为5.0×10⁶孢子/mL,每株棉花幼苗按接种5 mL菌液计算,处理30 min,分别在第5、8、11和14天调查病情指数。【结果】明确了适合于大丽轮枝菌致病力快速鉴定的接种孢子浓度为＞5.0×10⁵孢子/mL;建立了大丽轮枝菌培养方法,单孢纯化培养5 d,培养瓶中扩大培养9 d,确定了快速定量制备孢子悬浮液的洗脱体积为25 mL,测试的20个突变体的洗脱孢子浓度范围在（2.55±0.58）×10⁶-（1.72±0.25）×10⁷孢子/mL;优化了单孢分离、扩大培养、孢子悬浮液制备、接种、继续培养和结果统计等环节,建立了大丽轮枝菌致病性快速鉴定流程,进一步统筹设计构建了大丽轮枝菌致病性相关突变体快速筛选体系;测试表明该体系1人1个循环共7个流程可完成1 344个突变体筛选,周期54 d,工作量为21人日;采用定量菌液蘸根法重复验证结果,突变体致病力同样显著下降,与快速筛选体系的鉴定结果一致,表明该体系适用于大丽轮枝菌致病性相关突变体的快速筛选。【结论】通过棉花幼苗种植、突变体单孢分离、扩繁培养、孢子悬浮液制备、接种、结果统计等环节的优化和标准化,构建了适合于大丽轮枝菌致病性相关突变体的快速筛选体系,为后续致病相关基因的分离提供了技术支撑。     

分离自棉花的轮枝菌“种”的鉴定

【目的】已知引起植物萎蔫病的轮枝菌有5个“种”,本研究旨在澄清在中国引起棉花黄萎病的轮枝菌的“种”类。【方法】从中国12个省84个县分离获得310个轮枝菌菌株,采用生物学性状观察和分子鉴定相结合的方法,对其进行“种”的鉴定。【结果】298株均产生黑色微菌核和轮枝状分生孢子梗,为典型的大丽轮枝菌,另有12个菌株培养性状较为特殊（不产生微菌核,出现黑色菌丝或厚壁孢子）,经温度敏感试验、PCR特异扩增及ITS序列进一步鉴定,2株被确定为变黑轮枝菌,其它10株被确定为大丽轮枝菌,没有出现黑白轮枝菌。【结论】在中国三大棉区,棉花黄萎病主要是由大丽轮枝菌引起的。但在长江流域和黄河流域棉区均分离到1株变黑轮枝菌,其在棉花黄萎病发生过程中的作用及其与大丽轮枝菌的互作还有待进一步研究。     

棉花植株内黄萎病菌致病类型的快速检测

[目的]建立一种能从棉花植株中快速检测黄萎病菌致病类型的方法,为黄萎病菌致病类型的大面积普查打下基础.[方法]利用Dneasy Plant Mini Kit试剂盒对落叶型标准菌株592和非落叶型标准菌株511及病圃中显症前后不同时期棉花植株DNA进行提取,然后用落叶型引物DB19/DB22、DB19/espdef01和非落叶型引物NDf/ NDr、InND2f/InND2r对所提DNA进行巢式PCR扩增.[结果]使用落叶型引物只在592菌株和落叶型病圃的病株中检测到目标条带,使用非落叶型引物只在511菌株和非落叶型病圃的病株中检测到目标条带.[结论]该试剂盒可以有效地提取棉花植株中的DNA,供试的两套引物对检测植株中棉花黄萎病菌致病类型具有高度特异性,该法可直接检测棉花植株中黄萎病菌的致病类型.     

新疆棉花黄萎病菌生物学特性及致病性分化研究

[目的]明确新疆主要植棉地区棉花黄萎病菌株的生物学特性及致病力分化情况.[方法]纯化培养采集的菌株,观察其生物学特性;利用鉴别寄主法测定棉花黄萎病菌的致病力.[结果]棉花黄萎病菌菌落形态各异,供试菌系大部分可产生微菌核;供试菌株的最适生长温度为25℃,部分菌株对高温具有一定的耐受性;新疆棉花黄萎病菌可分为强、中、弱3种致病型,其中以中等致病类型为主.[结论]新疆棉区棉花黄萎病菌具有明显的生理分化现象,博乐地区采集的VX27菌株致病力最强.