植物病原菌氧化固醇结合蛋白的功能及其靶向抑制剂研究进展

氧化固醇结合蛋白(OSBP)及其同系物(ORPs)共同构成脂质结合/转移蛋白(LTPs)的保守家族，它们在真核生物细胞中广泛表达，主要作用是参与细胞中的脂类代谢、囊泡运输及信号转导等方面。本文主要对植物病原菌中氧化固醇结合蛋白的结构、功能等进行系统阐述，并对基于氧化固醇结合蛋白的靶向抑制剂的设计合成工作进行综述，可为基于新靶标农药的合理设计与应用提供理论支撑。     

植物病原菌对解偶联剂的抗性机制研究进展

以氟啶胺为代表的解偶联剂具有低毒、广谱和高效的特点，对病原真菌、卵菌和细菌均表现出良好的抑菌活性。然而随着杀菌剂频繁而大量的使用，有害生物发展出越来越严重的抗药性。开展病原菌对杀菌剂的抗性机制研究，能够有效预防或治理病原菌抗药性。病原菌对杀菌剂的抗性机制解析方法通常以杀菌剂的靶标蛋白为线索展开，但由于氟啶胺这类杀菌剂在病原菌体内可能不是通过与靶标蛋白结合而产生的抑菌作用，使得通过寻找抗性突变体中发生变化的氨基酸位点，进而进行抗性机制解析的方法难以奏效。本综述以氟啶胺和我国自主创制的杀菌剂双苯菌胺为研究对象，对其作用机制及病原菌对其抗性机制的研究进展进行归纳总结，旨在为这类杀菌剂的田间科学使用提供参考，同时可为病原菌多药抗性机制的解析提供借鉴，丰富杀菌剂抗性研究体系，并能够在实践中为病原菌的抗性治理提供依据。     

禾谷镰孢菌β-1,3-葡聚糖合成酶催化亚基GLS2异源表达体系的建立

本研究旨在利用草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda昆虫细胞Sf9-杆状病毒表达系统筛选禾谷镰孢菌Fusarium graminearum β-1,3-葡聚糖合成酶催化亚基GLS2在昆虫细胞中的异源表达载体和分离纯化所用的去污剂，为后续研究该蛋白与药剂的结合模型提供基础。通过对杆状病毒表达质粒pFastBac进行设计和改造、利用同源重组的方法构建质粒、使用昆虫细胞表达系统对重组蛋白进行异源表达、筛选适合提取目的蛋白的去污剂等方法，得到适合禾谷镰孢菌β-1,3-葡聚糖合成酶催化亚基GLS2异源表达的载体和分离目的蛋白的方法。结果表明，载体pFastBac-GP67-8×His-GFP-TEV-FgGLS2、pFastBac-HA-8×His-GFP-TEV-FgGLS2、pFastBacGP67-6×His-2×Strep-TEV-FgGLS2和pFastBac-FgRHO-TEV-8×His均可在草地贪夜蛾昆虫细胞Sf9表达系统中进行表达，其中：GP67-8×His-GFP-TEV-FgGLS2融合蛋白可以用去污剂十二烷基二甲胺氧化胺(dodecyldimethylami...     

大豆疫霉MAPK基因的鉴定与转录分析

 疫霉菌包括大豆疫霉等重要植物病原物,属于茸鞭生物界卵菌门,在进化上与真菌相差甚远;由于分离培养与遗传转化等相对困难,目前对其生长发育和致病机理的研究相对滞后。本研究综合运用基因组学和转录组学方法,首先对植物病原卵菌与真菌的蛋白激酶特别是MAPK进行了鉴定和比较,然后对大豆疫霉MAPK的基因结构、蛋白功能域以及转录模式等进行深入分析。结果表明,植物病原卵菌比真菌含有更多的蛋白激酶(包括MAPK),且卵菌及其近缘物种硅藻的MAPK与真菌在进化上相对独立;大豆疫霉的14个MAPK中,4个具有非典型的磷酸化唇序列,7个含有PH、C2、WW、PAS等与细胞信号转导相关的其它功能域;转录分析表明,大部分MAPK可能在大豆疫霉生长发育与致病的整个过程或特定过程中发挥重要作用。本文通过对蛋白激酶特别是MAPK的分析揭示了植物病原卵菌(与真菌相比)在细胞信号转导网络与机制上的独特性与复杂性,可为进一步研究疫霉菌MAPK的生物学功能及其信号调控机制提供参考。     

植物病原真菌对甾醇生物合成抑制剂类(SBIs)杀菌剂的抗药性研究进展

甾醇生物合成抑制剂类(SBIs)杀菌剂通过抑制植物病原真菌甾醇生物合成途径中不同环节的酶,干扰或阻断病原菌麦角甾醇生物合成而发挥抗真菌作用。综述了植物病原真菌对SBIs杀菌剂的抗药性发生现状、遗传机制、生理生化机制、分子机制及治理策略等方面的最新研究进展。室内及田间有关SBIs杀菌剂抗药性的研究结果表明,植物病原菌对该类杀菌剂的抗药性可能是由1种或多种机制共同作用的结果。ABC和MFS运输蛋白基因及CYP51蛋白基因是植物病原真菌对SBIs杀菌剂产生抗药性的主要分子机制。其中ABC运输蛋白基因能够通过翻转酶将药剂从膜内层转移至外层而排出细胞体外;MFS运输蛋白基因的超表达和本底表达则是导致病原菌产生抗药性的关键因素;而CYP51蛋白基因与药剂作用时易在病原菌体内发生基因点突变或基因超表达,造成编码蛋白与药剂亲和力下降,导致病原菌产生抗药性。随着分子生物学的迅速发展,可从基因水平上寻找出与抗药性直接相关的基因、蛋白及调控途径等信息,同时与其他学科结合,合理设计新的、多作用位点的高效甾醇生物合成抑制剂,从而延长该类杀菌剂的使用寿命。     

卵菌与真菌Argonaute家族基因的生物信息学分析

 Argonaute蛋白广泛存在于真核生物与原核生物中,可在非编码小RNA或DNA的引导下,对完全匹配或部分匹配的靶标进行切割、翻译抑制或染色体修饰。本研究利用生物信息学对127种卵菌与真菌的基因组进行分析,旨在了解各个物种中AGO家族基因的数量、蛋白结构域、进化关系及转录模式等。结果发现,大部分卵菌与真菌的基因组中(51%)含有2个AGO基因,而疫霉菌和壶菌等平均含有4个以上。卵菌与真菌的AGO基因在进化上相互独立,多拷贝AGO基因可能是通过基因复制形成;大部分AGO基因具有6个可预测的功能域(即:N端、Linker 1、PAZ、Linker 2、MID和PIWI),并且在PAZ和PIWI功能域上,与核酸5'和3'端结合及与催化活性相关的氨基酸位点整体相对保守,仅个别位点存在一定的差异。侵染大豆过程中,大豆疫霉和终极腐霉的两对同源AGO基因具有保守的表达模式,且基因表达水平相对较高,可能具有相似的生物学功能。上述结果将为深入解析AGO介导的RNA干扰机制及生物学功能奠定基础。     

荔枝霜疫霉中双组分信号转导系统的鉴定与表达分析

 荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)隶属于茸鞭生物界卵菌门疫霉属,由其引起的荔枝霜疫病是目前荔枝生产上一种最重要的病害,严重影响荔枝产量和鲜果品质。双组分信号途径在微生物中参与多种生命活动,但是在卵菌中尚未有相关研究。本研究通过生物信息学分析在荔枝霜疫霉中鉴定到2个杂合型组氨酸激酶(PlHK1、PlHK2)和1个响应调控蛋白(PlRR1)。其在卵菌中是保守存在的,并且与真菌在进化上相对独立。功能域分析表明,PlHK1和PlHK2的C端额外的融合了1个磷酸转移功能域(Hpt),这与真菌和植物的存在显著差异。转录分析表明3个基因在荔枝霜疫霉侵染阶段上调表达,并且响应渗透胁迫和氧化胁迫。以上结果揭示了双组分信号系统可能在疫霉致病过程中发挥重要作用。     

卵菌与真菌Argonaute家族基因的生物信息学分析

 Argonaute蛋白广泛存在于真核生物与原核生物中,可在非编码小RNA或DNA的引导下,对完全匹配或部分匹配的靶标进行切割、翻译抑制或染色体修饰。本研究利用生物信息学对127种卵菌与真菌的基因组进行分析,旨在了解各个物种中AGO家族基因的数量、蛋白结构域、进化关系及转录模式等。结果发现,大部分卵菌与真菌的基因组中(51%)含有2个AGO基因,而疫霉菌和壶菌等平均含有4个以上。卵菌与真菌的AGO基因在进化上相互独立,多拷贝AGO基因可能是通过基因复制形成;大部分AGO基因具有6个可预测的功能域(即:N端、Linker 1、PAZ、Linker 2、MID和PIWI),并且在PAZ和PIWI功能域上,与核酸5'和3'端结合及与催化活性相关的氨基酸位点整体相对保守,仅个别位点存在一定的差异。侵染大豆过程中,大豆疫霉和终极腐霉的两对同源AGO基因具有保守的表达模式,且基因表达水平相对较高,可能具有相似的生物学功能。上述结果将为深入解析AGO介导的RNA干扰机制及生物学功能奠定基础。     

荔枝霜疫霉中双组分信号转导系统的鉴定与表达分析

 荔枝霜疫霉(Peronophythora litchii)隶属于茸鞭生物界卵菌门疫霉属,由其引起的荔枝霜疫病是目前荔枝生产上一种最重要的病害,严重影响荔枝产量和鲜果品质。双组分信号途径在微生物中参与多种生命活动,但是在卵菌中尚未有相关研究。本研究通过生物信息学分析在荔枝霜疫霉中鉴定到2个杂合型组氨酸激酶(PlHK1、PlHK2)和1个响应调控蛋白(PlRR1)。其在卵菌中是保守存在的,并且与真菌在进化上相对独立。功能域分析表明,PlHK1和PlHK2的C端额外的融合了1个磷酸转移功能域(Hpt),这与真菌和植物的存在显著差异。转录分析表明3个基因在荔枝霜疫霉侵染阶段上调表达,并且响应渗透胁迫和氧化胁迫。以上结果揭示了双组分信号系统可能在疫霉致病过程中发挥重要作用。     

致病疫霉诱导的马铃薯酵母双杂交文库构建及无毒蛋白PiAVR3b寄主靶标筛选

致病疫霉是引起番茄、马铃薯晚疫病的植物病原卵菌,其分泌的效应蛋白在抑制寄主免疫方面发挥重要功能。鉴定效应蛋白的寄主靶标对研究植物与病原菌互作具有重要意义。本研究构建了高效马铃薯酵母双杂交cDNA文库,并通过筛选致病疫霉无毒蛋白PiAVR3b的互作蛋白来评价构建文库质量。分别提取接种致病疫霉后24 h和48 h的马铃薯栽培种‘合作88’叶片RNA,等量混合后构建cDNA文库。次级文库容量为1.6×10~7 cfu/mL,重组率为100%,插入片段平均在1 000 bp以上。以PiAVR3b为诱饵,通过酵母双杂交筛选初步获得10个候选靶标蛋白。经点对点验证,进一步确定了4个与PiAVR3b互作的靶标蛋白,分别是马铃薯MYB-like蛋白、线粒体外膜孔蛋白、碳分解代谢抑制蛋白、肽基脯氨酰异构酶。本研究构建的酵母双杂交文库为致病疫霉效应蛋白靶标筛选及植物与病原菌互作研究奠定了基础。     

新型杀菌化合物靶标识别及其靶向候选药剂设计概述

新型杀菌剂的创制在农业可持续发展和克服抗药性中具有重要作用。由于杀菌剂作用机制或靶标是新杀菌剂分子设计合成和创制开发的重要基础,因此作用机制或靶标研究的滞后会阻碍新先导化合物的发现或新品种的创制。鉴于此,本文对目前杀菌剂作用靶标的识别及靶向杀菌剂的分子设计进行了概述。首先阐述了基于转录组学、蛋白质组学的研究和药物亲和层析技术在靶标识别中的应用;其次概述了多学科交叉的方法在分子靶标验证中的应用;最后以strobilurin A为先导的Qo位点抑制剂、以肉桂酸为先导的卵菌抑制剂、以萎锈灵为先导的琥珀酸脱氢酶和植物免疫激活剂等不同类型的靶向杀菌剂为例进行了举例说明。     

小麦赤霉病菌α-微管蛋白原核表达及纯化研究

 为了制备小麦赤霉病菌的α-微管蛋白,以小麦赤霉病菌cDNA为模板,PCR扩增出α₁-、α₂-微管蛋白基因,将其克隆到pET30a⁺表达载体上,转化到表达宿主菌Rossatta（DE3）pLysS,筛选阳性克隆,进行蛋白诱导表达。SDS PAGE及Wes-tern-b1ot结果表明：融合蛋白主要以包涵体形式存在;融合蛋白分子量约为52.1和55.9 kD;融合蛋白能与抗6×His的单抗发生特异性反应。通过对包涵体洗涤及透析复性后采用HisTrap^TM  HP Columns对融合蛋白进行纯化,可以得到纯度较高的融合蛋白。该研究为体外筛选以微管蛋白为靶标的杀菌剂提供了物质基础。     

甘薯软腐病病原的rDNA-ITS分子鉴定及其对11种杀菌剂的敏感性测定

采用rDNA-ITS通用引物PCR扩增的分子检测方法对甘薯软腐病病原物进行了鉴定,并采用室内生长速率法测定了该病原菌对11种杀菌剂的毒力。rDNA-ITS分子鉴定结果表明,该病害的病原为匍枝根霉菌(Rhizopus stolonifer)。毒力测定结果显示,其病原菌已对多菌灵产生了抗药性(EC50100μg/mL);其他10种杀菌剂对甘薯软腐病病菌均具有较高的活性,EC50分布在0.011～0.145μg/mL之间。不同杀菌剂对其活性高低顺序依次为咯菌腈吡唑醚菌酯氟啶胺腐霉利啶酰菌胺苯醚甲环唑嘧菌环胺氟吡菌酰胺菌核净戊唑醇。     

假禾谷镰孢菌细胞自噬相关基因的鉴定与表达分析

细胞自噬是真核生物中一类包含多种进化保守的Atgs蛋白参与的蛋白质降解途径,该途径也参与多种植物病原真菌的产孢、孢子萌发和致病性过程。本研究利用模式物种已知的Atgs,通过生物信息学分析在假禾谷镰孢菌中鉴定到29个Atgs,分属29种不同蛋白类型。细胞自噬核心调控机制相关蛋白Atg1、Atg6、Atg8和Atg9的氨基酸序列系统进化分析结果显示,Atgs在丝状真菌间非常保守,符合物种进化的特点。通过假禾谷镰孢菌跟亲和与非亲和寄主转录组数据分析发现,与菌丝阶段相比26个Fp Atgs在侵染阶段的表达发生改变,其中Fp Atg1、2、3、4、5、7、8、9、13、22、23、28和Fp Vps34在侵染初期和中后期均诱导表达;Fp Atg6、14、17、20、24、29和Fp Vps15在侵染初期和中后期表达量均降低;Fp Atg10、11除在非亲和互作中后期表达量略有上调,其余阶段均显著下调表达;Fp Atg15、16在亲和互作初期诱导表达,其余阶段均下调表达;Fp Atg26、27在亲和互作初期下调表达,中后期诱导表达,而在非亲和互作初期表达量升高,到中后期下调表达。推测细胞自噬参与调控假禾谷镰孢菌的侵染过程。     

短管赤眼蜂Argonaute蛋白基因家族鉴定及表达分析

动物和植物Argonaute蛋白在RNA诱导的基因沉默中发挥重要作用。本研究采用生物信息学方法在全基因组水平鉴定短管赤眼蜂Argonaute蛋白基因家族,鉴定并命名6个TpAGO蛋白。蛋白结构及系统进化分析将TpAGO家族蛋白分为PIWI和Ago两个亚家族。TpAGO蛋白二级结构的数量比例差异不大,分布却存在一定差异,其中α-螺旋分布差异尤为显著。TpAGO蛋白基因结构表现明显的多样性,基因外显子数量差异明显,从1到20个数量不等;Ka/Ks分析表明TpAGO2和TpAGO5,TpAGO3和TpAGO4两对基因间进化动力为正选择作用,其他组合间表现为纯化选择。EST表达分析发现TpAGO基因在昆虫的卵期、幼虫期、蛹期和成虫期均有不同程度的表达,而且靶向EST在同一物种中具有单一性别(雌性或雄性)表达特性,表明短管赤眼蜂TpAGO蛋白基因可参与赤眼蜂性别及发育调控。该研究不仅有助于揭示赤眼蜂产雌孤雌生殖的表观遗传机理,也有助于推动赤眼蜂等天敌的生防应用。     

特基拉芽孢杆菌JN-369的分离鉴定及其抑菌物质分析

为筛选可用于防治由稻瘟病菌所致水稻稻瘟病的生防菌株资源,采用稀释涂布平板法,从感病水稻品种湘早籼24号的健康植株茎叶中分离获得了1株拮抗细菌JN-369,结合形态学观察、生理生化鉴定及16S rDNA序列分析对其菌种进行了鉴定,采用平板对峙法研究了JN-369菌株的抑菌谱,并初步测定了JN-369中挥发性有机物 (VOCs)、蛋白类粗提物及脂肽类粗提物对稻瘟病菌的抑制作用。结果表明:JN-369菌株为特基拉芽孢杆菌Bacillus tequilensis,其对稻瘟病菌具有显著抑制作用,对菌丝生长的抑制率达80.46% ± 0.83%;同时该菌株对供试的辣椒胶孢炭疽菌、烟草赤星病菌及黄瓜疫病菌等植物病原真菌和卵菌均有抑制作用;但对供试病原细菌则均无抑制作用;1 × 108 cfu/mL 的 JN-369菌悬液产生的挥发性有机物对稻瘟病菌的抑制效果最强,抑制率达72.92% ± 3.01%,1.454 mg/mL的蛋白类提取物和1.026 mg/mL 的脂肽类提取物对稻瘟病菌的抑制率分别为24.68% ± 0.80%和14.34% ± 1.08%。研究表明,菌株JN-369具有一定的开发应用潜力。     

丁香假单胞菌III型分泌系统组分HrpH酶学功能解析

 III型分泌系统(T3SS)是植物病原细菌的主要致病系统,负责分泌和转运效应蛋白。T3SS结构的形成需要跨越由肽聚糖包被的细菌细胞壁周质层。HrpH是丁香假单胞菌T3SS特化的裂解性转糖基酶。本研究通过原核表达纯化了HrpH及其相关结构域蛋白,发现HrpH具有结合肽聚糖的能力,其中SLT结构域是肽聚糖结合的关键功能域,第148位的谷氨酸是结合的关键位点。进一步研究发现HrpH能够抑制丁香假单胞菌番茄致病变种DC3000(Pst DC3000)的生长,透射电镜显示,HrpH蛋白处理Pst DC3000使其细胞壁的完整性受损。以上研究结果表明HrpH通过裂解细胞壁、结合肽聚糖从而协助T3SS穿透细菌细胞壁形成超分子复合体。     

玉米弯孢叶斑病菌Clg2基因克隆、序列特征和不同发育阶段表达分析

异源三聚体G信号通路在调控植物病原真菌的形态、侵染结构形成和致病力等方面具有重要作用。本研究根据玉米弯孢叶斑病菌新月弯孢全长cDNA文库中的EST序列,克隆获得一个含1 074bp开放读码框(ORF)Gα基因。该基因包含5个外显子和4个内含子,编码357个氨基酸,被命名为Clg2。通过序列比对和进化树分析,证明Clg2蛋白具有Gα蛋白结构特征和保守序列区,与小麦黄斑叶枯病菌(Pyrenophora tritici-repentis Pt-1C-BFP)和大斑刚毛座腔菌(Setosphaeria turcica)中的Gα蛋白相似性高达96%和97%,处于同一分支。采用实时荧光定量PCR技术分析了Clg2基因在病菌不同发育阶段的表达水平,显示在菌丝中表达水平最低,在分生孢子中表达量最高,暗示Clg2基因在病菌分生孢子形成期起重要作用。上述结果将为开展Clg2蛋白功能研究奠定基础。     

一个小麦茉莉酮酸酯诱导蛋白基因的克隆和鉴定

 用基因芯片技术结合分池法(bulked segregating analysis,BSA)对参与小麦(Triticum aestivum L.)"兰考90(6)"抗白粉病反应或与抗病基因连锁的EST进行了分析。从"中国春"中克隆了一个与Ta-JA1高度相似的新的小麦茉莉酮酸酯诱导蛋白基因(GenBank登录号:EU035635),命名为Ta-JA2。Ta-JA2和Ta-JA1的cDNA序列有99%相同,编码304个氨基酸组成的多肽。Ta-JA2具有植物病原应答诱导蛋白-dirigent-类蛋白的典型保守功能域和jacalin-类植物血球凝集素的典型保守功能域。Ta-JA2主要在叶片和茎中表达,在根和幼穗中几乎不表达;在幼叶、壮叶和旗叶中的表达水平依次增强;在"中国春"和一个二粒小麦(Triticum dicoccoides)品系幼叶中的表达受白粉菌(Blumeria graminis f.sp.tritici)的诱导而增强;在"兰考90(6)21-12"叶片中的表达保持稳定而较高的水平。根据氨基酸序列的相似性建立了Ta-JA2类似蛋白的树形图,提供了植物中此类基因的进化信息。     

双叉犀金龟表皮蛋白Td14144表达纯化及性质研究

表皮蛋白是昆虫表皮的重要组成成份，在昆虫的生长发育过程中起着重要作用，有可能成为农业害虫的防治靶标。双叉犀金龟Trypoxylus dichotomus是铁皮石斛的一种重要害虫，且对其表皮蛋白的研究较少。本文通过研究双叉犀金龟表皮蛋白Td14144的表达纯化及与几丁质结合的相关性质明确Td14144功能的重要性。根据双叉犀金龟转录组测序数据，利用RT-PCR获得表皮蛋白Td14144基因（GenBank登录号：MZ463195），并对其进行生物信息学分析。序列分析表明表皮蛋白Td14144属于CPR家族中RR-2亚族，含有R&R保守结构域；系统进化分析结果表明，Td14144与光肩星天牛Anoplophora glabripennis的AgCP的亲缘关系最近。随后将基因片段与pET-28a载体同源重组构建表达载体pET28a-14144，在大肠杆菌Escherichia coli BL21中原核表达，并使用金属螯合层析进行分离纯化，SDS-PAGE及Western blot验证重组蛋白的表达纯化，成功获得95%以上纯度的Td14144蛋白。利用几丁质结合试验评估Td14144与不同类型几丁质结合的能力，发现Td14144可以与壳聚糖、α-几丁质、β-几丁质和胶体几丁质结合，其中对壳聚糖和α-几丁质的结合能力最强。