含hrp基因的克隆片段在水稻白叶枯病菌不同小种中的功能和同源性

 将从水稻白叶枯病菌(Xanthomonas campestris pv.oryzae Dye,简称Xco)小种3菌株JXOⅢ中克隆的hrp基因片段(pNAX3103),用三亲交配法向病菌其它小种及其毒性基因突变体转移,结果表明pNAX3103可以进入其它小种,但对不同小种毒性基因突变体的转移能力则不同。功能互补分析表明;该hrp基因片段在不同小种中对病菌的生长,以及蛋白酶、果胶酶和纤维素酶的产生和分泌无明显影响;在野生型菌株中能增加亲本菌株对水稻品种IR26的致病力(JXO I)或亲和性(JXO V),对于毒性基因突变体,pNAX3103虽能进入JXO I经Tn5诱变的毒性基因突变体XcoM1107,但不能恢复其致病性和淀粉酶阴性反应。用hrp基因片段作为探针,对10个来源不同的小种或菌系群进行DNA同源性分析,结果与所有Xco菌株都有明显的同源性杂交带,但杂交带型不同,与甘蓝黑腐病菌、水稻细菌性条斑病菌、柑桔溃疡病菌、大白菜。软腐病菌的DNA有同源杂交带,但与水稻基腐病菌DNA无同源性。     

应答调节蛋白基因flgRRxoo对水稻白叶枯病菌毒性表达的调控作用鉴定

为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,简称Xoo)应答调节蛋白FlgRRxoo的生物学功能,本研究通过基因克隆和序列分析、用标记交换法构建突变体以及表型测定,对flgRRxoo基因进行了分子鉴定。通过设计引物进行特异性扩增,成功地从Xoo野生型菌株PXO99A中克隆了flgRRxoo。FlgRRxoo为N端具有REC结构域的单一结构应答调节蛋白,其基因序列与其他黄单胞病菌中的同源序列高度保守。与PXO99A相比,△flgRRxoo胞外多糖(EPS)合成能力以及对水稻的毒性显著降低,基因互补可以使之恢复;△flgRRxooEPS合成基因gumBDGKM表达均有所下降;但其运动性、胞外纤维素酶和木聚糖酶活性无明显改变。表明FlgRRxoo可能主要通过调控EPS合成能力,影响了病菌在水稻上的毒性。     

水稻白叶枯病菌双组分调控系统应答调节子基因gacAxoo的功能鉴定

为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,Xoo)双组分系统(TCS)的调控作用,本研究通过基因克隆、序列分析、缺失突变和互补、表型测定,对TCS应答调节子基因gacAxoo的功能进行了鉴定。克隆的gacAxoo基因编码蛋白GacAxoo与其它病原黄单胞菌的同源序列高度保守。GacAxoo是LuxR蛋白家族成员之一,具有磷酸受体结构域(REC)和DNA结合保守结构域(HTH)。用基因标记交换法,构建了△gacAxoo基因缺失突变体。与PXO99A相比,△gac-Axoo的致病性、致敏性、胞外降解酶类活性和嗜铁素产生能力无显著变化,但运动性明显减弱,基因互补可以使之恢复。因此,gacAxoo基因可能参与了Xoo运动性的调控。     

2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)为稻黄单胞菌种下的致病变种,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS),对水稻安全生产构成严重威胁。为准确在水稻条斑病菌中进行致病相关基因的转录表达和调控分析,本研究构建了包含终止子、gusA报道基因和多克隆位点等启动子探针元件的载体pUTG01和pUTG14。选取Xoc的hrpF启动子,构建在pUTG01载体上,将其导入hrpX突变体RΔhrpX中,GUS活性测定结果显示,hrpF基因的表达显著减低,验证了hrpF受HrpX正调控,证实该载体可有效进行基因的转录表达分析;通过双质粒兼容共存策略,在hrpX突变体中同时实现了hrpX基因的功能互补和通过GUS活性定量测定hrpF基因的转录表达分析。该载体系统的建立,为后续分析稻黄单胞菌致病相关基因的表达调控提供了有效的工作系统。     

小麦淀粉合酶基因Ⅱ克隆及反义和RNAi载体构建

采用RT-PCR方法从小麦品种豫教2号的籽粒中克隆出淀粉合酶Ⅱ基因(Starch synthaseⅡ,SSⅡ)部分cDNA片段(600bp)(GenBank No.EF221761),同源性比较结果显示,它与GenBank上已报道的SSⅡ基因有高度同源性。以pCMBIA1301质粒为基础,构建了由35S启动子调控的SSⅡ基因的反义表达载体pCMBIA1301SSIIA;另外,还以pFGC5941质粒为基础,构建了SSⅡ基因的RNAi载体pFGC5941SSIIsa,这些载体的构建为研究此基因的功能奠定了基础。     

柑橘黄龙病菌亚洲种菌毛装配蛋白基因(PAP)序列分析、原核表达及抗血清制备

菌毛装配蛋白(Flp pilus assembly protein, PAP)是一种分泌蛋白,参与细菌菌毛的组装,表达量高。本研究以感染柑橘黄龙病的海南琼海市绿橙叶片为材料提取总DNA,用其菌毛装配蛋白基因(PAP)的特异引物进行PCR扩增,获得该基因的目的片段,序列分析表明海南琼海柑橘黄龙病菌PAP基因与柑橘黄龙病菌亚洲种(GenBank登录号:CP001677.5)PAP基因序列一致。功能预测表明它含有两个与分泌功能相关的CpaC和Secretin结构域。PCR产物通过EcoRⅤ和XhoⅠ双酶切构建重组载体pET32a-PAP。将pET32a-PAP载体转化BL21(DE3)大肠杆菌,经终浓度为1 mmoL/L IPTG诱导,目的蛋白主要以包涵体形式表达。目的蛋白经Ni~(2+)-NTA层析柱纯化,并作为抗原腹腔免疫小白鼠,获得效价在1∶500～1∶1 000的多克隆抗血清。Western blot分析表明,PAP多克隆抗血清特异性强;以田间样品总蛋白做抗原时,能特异性检测染病样品。本研究为PAP蛋白功能研究和开发柑橘黄龙病菌的蛋白检测产品提供研究基础。     

水稻白叶枯病菌鞭毛基体基因fliExoo缺失突变分析

 为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,简称Xoo)鞭毛基体组分蛋白基因fliExoo的生物学功能,本研究用Gm^R抗性基因标记交换法成功构建了基因缺失突变体△fliExoo。与野生型菌株PXO99^A相比,△fliExoo鞭毛缺失,菌体易沉降,在0.3%半固体培养基上运动能力明显降低;尽管生长速率和胞外纤维素酶活性无明显变化,但胞外多糖产生和生物膜形成能力明显下降;对水稻品种日本晴的致病性和对非寄主烟草的致敏性反应明显减弱。基因互补可以使上述突变表型恢复。因此,鞭毛基因fliExoo突变不仅影响了细菌鞭毛依赖的运动性,而且对病原菌毒性相关的表型也产生了影响。     

辣椒CaRKNIF2基因的诱导表达特征及RNAi效应分析

[目的]明确在多种植物病原物和植物激素处理下,辣椒CaRKNIF2基因的诱导表达特性,分析CaRKNIF2基因的抗根结线虫功能.[方法]以辣椒‘HDA149’为试材,分别接种南方根结线虫毒性群体、烟草花叶病毒(TMV)、辣椒青枯病菌、辣椒疫霉病菌以及信号分子水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA),实时荧光定量PCR分析了辣椒CaRKNIF2基因的诱导表达模式和特征;构建了含CaRKNIF2基因片段的RNAi载体,通过烟草脆裂病毒介导的基因沉默(VIGS)同源沉默辣椒CaRKNIF2基因,来评价CaRKNIF2基因沉默的辣椒植株对线虫侵染的应答效应.[结果]信号分子MeJA抑制CaRKNIF2的表达,但TMV、辣椒青枯病菌、辣椒疫霉病菌以及信号分子水杨酸(SA)能快速而显著地诱导CaRKNIF2的表达,而毒性南方根结线虫对CaRKNIF2的表达则基本无影响;CaRKNIF2基因沉默的辣椒植株接种非毒性南方根结线虫后根部卵块数明显增加.[结论]这些结果为进一步解析CaRKNIF2的调控功能提供了重要的证据.     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

利用桥梁载体策略构建水稻条斑病菌T3SS基因诱导表达检测体系

 水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染水稻,引起细菌性条斑病(bacterial leaf streak, BLS)。Xoc主要依靠hrp基因簇(T3SS基因)编码的III型分泌系统(type III secretion system, T3SS)将效应蛋白注入水稻细胞中,激发寄主水稻的感(抗)病性。为了准确在Xoc中进行T3SS基因表达调控的分析,本研究设计出桥梁载体策略,将目标基因的启动子或者功能片段构建在高拷贝的桥梁载体,获得融合表达元件,通过亚克隆的方式将融合元件转入骨架载体上,获得用于转录表达和蛋白表达分析的载体。为了验证该策略的可行性,选取hrpG、hrpX和hrcC基因构建了相应的启动子探针载体和蛋白表达载体,将这些载体导入毒性调控子基因trh、lrpX和zur的突变体中,GUS活性测定、荧光定量PCR以及蛋白免疫杂交结果显示:在trh、lrpX和zur的突变体中,hrpG、hrpX和hrcC的转录表达水平、mRNA水平和蛋白表达水平呈现一致。这表明这套桥梁载体策略能够有效应用于T3SS基因转录表达和蛋白表达的分析。综上所述,运用桥梁载体能够克服低拷贝载体DNA遗传操作效率低的缺陷,这一策略也适用于毒性相关基因调控机理的研究,这将为Xoc-水稻互作研究提供高效的工作系统。     

转座子Tn5诱导的水稻白叶枯病菌毒性基因突变体及其生化行为

 通过接合试验,将转座子Tn5从三个供体菌中引入水稻白叶枯病菌(Xanthomonas campestris pv.oryzae Dye)日本系统小种3菌株(JXOⅢ)的细胞内,接合频率分别为0.2×10^-6,0.4×10^-7和0.27×10^-6。随机挑选的接合子总DNA与³²P标记的含有Tn5的探针质粒(pJB4JI:Tn5)杂交,放射自显影显示出同源杂交带。在6000个JXOⅢ的Tn5诱变株中,发现13个菌株对8个供试水稻品种(早生爱国3号,IR26,IR20,IR8,cas209,南粳15,金南风和TN-1)都不致病,表现为不亲和反应。在含有酶解基质的平板上,比较了JXOⅢ和13个毒性基因突变体的胞外水解酶活性和多糖产量。结果发现所有突变体的蛋白酶活性和胞外多糖产量都增强;所有突变体的淀粉酶活性和大多数突变体的果胶酶活性都是从无到有;突变体纤维素酶活性基本不变;大多数突变体的酯酶活性有所降低。     

水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)化学诱变hrp基因突变体及相关性状的研究

 硫酸二乙酯(diethyl sulfate,DES)化学诱变水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)日本系统III号小种(JXOIII),获得16株hrp-突变体,其在感病寄主水稻IR26、汕优63上失去致病性和在非寄主烟草上失去过敏反应。所得的hrp-突变体并无黄色素缺失现象。16株hrp-突变体的淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和脂酶等胞外酶活性基本与野生型一致。JCM2092、JCM2211、JCM2252和JCM2457这4株hrp-突变体为III型泌出通道突变体,JCM0066等另12株hrp-突变体的超声波破碎液、离心上清液中无激发HR的信号物质存在。细胞组分分析表明,激发烟草HR的信号物质不是LPS而是蛋白类物质。来自JXOIII基因文库hrp基因克隆pUHRX245中的1.1kb SacI-KpnI片段,能够互补hrp-突变体JCM0066和JCM2482,使其恢复在烟草上激发HR的能力,但不能恢复其致病性。     

植物青枯病原细菌胞外蛋白相关基因的克隆

 用含有转座子Tn5的铜绿假单胞杆菌PAO1826(pMO75∷Tn5,Km^r)诱变我国马铃薯青枯菌小种3号菌株PO41,获得6000多个胞外多糖正常产生的接合子。经SDS-PAGE电泳,筛选出2个胞外蛋白减少9种的突变株PM2644和PM239,其可以引起烟草叶片典型的过敏性反应,致病力比野生型菌株显著降低,皆为原养型菌株。Southern杂交的结果表明,突变株染色体上只有1个转座子插入位点。标记交换证明,9种胞外蛋白缺失与转座子插入相偶联的频率为100%。以聚半乳糖醛酸酶和内葡聚糖酶2种胞外酶为指示蛋白进行定量测定的结果表明,在突变株上清液中和菌体细胞内都没有这2种胞外酶的存在。以突变株PM2644为受体菌,通过基因功能互补的方法,从野生型青枯菌基因文库筛选到2个阳性克隆pPSP1和pPSP2,它们既能恢复2个突变株产生胞外蛋白的能力,也能将2个突变株的致病力恢复到接近野生型菌株的水平。     

Mutations affecting chemotaxis of Agrobacterium vitis strain E26 also alter attachment to grapevine roots and biocontrol of crown gall disease

Crown gall in grapevine, caused by tumorigenic Agrobacterium vitis strains, can cause severe losses in most viticulture regions worldwide. The only effective means of control is through cultivation practices. One non-tumorigenic A. vitis strain, E26, can prevent crown gall infection when applied to wounds on grapevine prior to or simultaneous with inoculation of tumorigenic strains. ME19, a Tn5 mutant of strain E26, was impaired in terms of its ability to be chemo-attracted by grapevine root tissue extracts and its attachment to grapevine roots, and had reduced biological control activity; it did not significantly differ from the wild-type strain of E26 in phenotypes of agrocin production, growth in minimum medium or swarming activity. Complementation of ME19 with the cosmid clone of CP1543 from an E26 DNA library restored the chemotaxis, attachment, and biocontrol phenotypes. A 7·3-kb Kpn I fragment from CP1543 was cloned and sequenced, and sequence analysis revealed that the Tn 5 insertion occurred in a region that shares a significant homology with genes coding for methyl-accepting chemotaxis proteins (MCPs) in many bacteria. Complementation of the mcp gene mutants restored the affected phenotypes to the level of wild-type E26. An in-frame deletion mutant of the mcp gene was generated and was determined to have the same phenotypes as the original Tn5 mutant.     

绿针假单胞菌YL-1抗细菌活性相关基因的克隆和分析

绿针假单胞菌YL-1对植物多种重要病原细菌和病原真菌有较强的抑制作用。采用转座子插入突变技术电转化绿针假单胞菌YL-1,构建随机插入突变体库。通过平板抑菌试验从突变体库中筛选对3种病原细菌荚壳伯克霍尔德菌Burkholderia glumae、解淀粉欧文氏菌Erwinia amylovora和胡萝卜果胶杆菌Pectobacterium carotovora抑菌效果显著下降的突变体,并采用PCR和Southern Blot验证转座子是否成功插入到YL-1染色体基因组上。利用质粒拯救技术克隆转座子插入位点基因、测序和生物信息学分析。结果表明:本研究成功构建了绿针假单胞菌YL-1随机插入突变体库,筛选出7株对3种病原细菌抑制效果明显下降的突变体,但其对立枯丝核菌的抑制效果与野生型菌株YL-1相同;PCR和Southern Blot试验结果表明绿针假单胞菌YL-1的7株突变体均是单拷贝;克隆到7个突变体插入位点的基因序列并测序,生物信息学分析结果表明其中6个突变位点是嗜铁素合成基因簇,1个突变位点是蛋白分泌基因sec Y。     

荧光假单胞菌Tn5诱变菌株防治小麦全蚀病的初步研究

 利用生物技术(转座子Tn5诱变)对荧光假单胞菌进行遗传改良获得对小麦全蚀病有更好防治效果的基因工程菌株。将大肠杆菌S17-1中psup2021值粒上的转座子Tn5转移到荧光假单胞菌CN12菌系的基因组内获得5100个Tn5突变体,转化频率为1.2×10^-7。与自然菌系CN12比较,7个突变体对全蚀病菌的离体拮抗作用提高到160-250%,其中3个突变体对温室苗期全蚀病防治效果也显著提高(p=0.01)。初步研究证明:(1)荧光假单胞菌中可能存在两类功能不同的拮抗作用基因(暂称为抗生基因和调控基因);(2)在目前抗病基因缺乏或难于应用的情况下,利用微生物或其有用基因达到防病增产的目的可能是一条有希望的途径。     

水稻白叶枯病菌及其毒素引起烟草叶片组织坏死机制的研究

 水稻白叶枯病菌JXO Ⅲ细胞悬浮液及其分泌的毒素溶液接种到烟草叶片中,都能在烟草叶片上产生快速的坏死反应。引起坏死反应所需的最短时间分别为接种后8 h和0.5 h。低浓度的JXOⅢ(< 107 cfu/ml)接种后36~48 h内形成褪绿斑,而低浓度的毒素(< 2.5 mg/ml)接种后随时间延长在接点无任何可见变化。依文斯蓝(Evans blue)染色发现,毒素和JXOⅢ分别在接种后0.5 h和6 h内细胞大量死亡。叶圆片法测定表明,接种毒素后2 h内烟草细胞膜透性迅速上升,接种JXOⅢ后9 h细胞膜透性开始明显上升。毒素处理的烟草叶片中LOX、POX、SOD、CAT活性水平较对照降低,而JXOⅢ处理中上述酶活性较对照有不同程度的增加。蛋白质合成抑制剂环己酰亚胺,RNA合成抑制剂放线菌素D和钙离子通道阻断剂氯化镧分别以7.1×10^-5 M、1×10^-4 M和1×10^-3 M浓度有效地抑制JXOⅢ在烟草上形成坏死反应,这些抑制剂对毒素在烟草上的坏死反应则没有影响。     

Mutations that Affect Agrobacterium vitis-Induced Grape Necrosis also Alter Its Ability to Cause a Hypersensitive Response on Tobacco

ABSTRACT Tn5-induced mutations in Agrobacterium vitis F2/5 resulted in both altered grape necrosis and tobacco leaf panel collapse phenotypes, suggesting that the underlying mechanisms of the reactions are related. The reaction on tobacco resembles the classical hypersensitive response (HR) caused by several plant pathogenic bacteria in that it is observable within 14 h, is inhibited by treatment of plants with metabolic inhibitors, and results in the inability to recover the pathogen from the necrotic zone. Strains of A. vitis differ with regard to their efficiency of causing the reaction on tobacco. An EcoRI fragment from one mutant, M6, which is necrosis-altered and HR-minus, was cloned and sequenced. Sequence analysis revealed that the Tn5 insertion occurred in a region that shares significant homology with genes involved in long chain fatty acid production by the marine bacteria Shewanella spp. and Moritella marina. Complementation of M6 with a cosmid clone from an F2/5 DNA library restored the tobacco HR and grape necrosis phenotypes.     

胶孢炭疽菌致病相关基因Plv2功能分析

胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的橡胶树炭疽病是橡胶树三大叶部病害之一,严重威胁着橡胶树的生长。本研究从构建的胶孢炭疽菌RC178 T-DNA突变体库中筛选获得一株致病力明显减弱的突变菌株T1103,其T-DNA为单拷贝。采用TAIL-PCR克隆了该突变体T-DNA插入位点的侧翼序列,通过比对胶孢炭疽菌全基因组序列,发现该TDNA插入位点所在的序列包含一个5 400 bp的基因,将其命名为Plv2。Plv2基因包含3个外显子,编码一个假定的甾醇C-24甲基转移酶。敲除野生型菌株RC178中的Plv2,发现敲除突变体与T1103的致病力表现基本一致,由此推测Plv2基因为致病相关基因。