禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)几丁质酶基因特征分析

禾谷镰刀菌是引发麦类赤霉病的优势种,对禾谷镰刀菌基因组中几丁质酶基因的研究可以帮助理解其致病机理。通过对禾谷镰刀菌基因组数据库的搜索分析,发现了16个ORFs编码的假定几丁质酶,它们都属于糖水解酶18家族。通过与它们的糖水解酶家族比较,对这些几丁质酶进行了系统的命名,按pI值从小到大进行编号为Chi18-1～Chi18-16,研究分析这些几丁质酶蛋白的信号肽、活性位点和亚细胞定位,进行了多序列比对,并建立了系统发生树,为禾谷镰刀菌中的几丁质酶在其致病性和相关生物防治方面的研究奠定了基础。     

抗、感多菌灵的禾谷镰孢菌菌株间产孢竞争模型的建立

用单独和混合培养的方法研究了在营养贫乏的条件下禾谷镰孢菌对多菌灵抗性菌株No.2458和敏感菌株No.2021间产孢竞争的作用。结果表明:在单独培养时,抗性菌株No.2458产孢前期和后期分别呈抛物线方式消长,敏感菌株No.2021前期呈直线方式,后期呈抛物线方式消长;敏感和抗性菌株在等量接种混合培养条件下,其前后期产孢模型分别为N∑s=-1.43×105 2.64×104T-46.09T2和N∑r=-2.99×103 6.45×102T-1.13T2。在混合培养时No.2021产孢高峰与其在单独培养时的相同,而No.2458的产孢高峰比其在单独培养时提前24h,并且前者在培养42.5～190h处于竞争优势,后者在190～474.5h处于竞争优势,抗、感菌株间产孢量表现拮抗作用。     

禾谷镰刀菌培养性状与致病力的相关性分析

选择来自我国12省市有代表性的101株禾谷镰刀菌菌株,比较它们在PDA培养基上的表型性状以及在CMS液中的产孢量;并于田间小麦开花期,用单花剪滴法接种3个抗赤霉病性不同的小麦品种,鉴定其致病力,用SAS软件进行统计分析。结果表明,菌落扩展速度不同的菌株问,其致病力差异显著;相关分析证实,菌落扩展速度与致病力之问呈极显著线性正相关(P=0．0003),菌丝生长状况与致病力之间呈极显著非线性相关(P=0．0083),而基质颜色和产孢量与致病力没有相关性。这些结果说明,禾谷镰刀菌菌落的扩展速度及菌丝生长状况与致病力之间具有共同的遗传基础或遗传相关性。     

小麦赤霉病菌对多菌灵和咪鲜胺的敏感性

为了解湖北省小麦主产区的小麦赤霉病菌对多菌灵和咪鲜胺的抗药性,对2014年分离获得的350株禾谷镰刀菌进行多菌灵和咪鲜胺的敏感性测定。结果表明:湖北省小麦赤霉病菌未出现对多菌灵和咪鲜胺的抗性菌株,多菌灵用于防治小麦赤霉病仍具有一定使用价值。咪鲜胺防治效果明显优于多菌灵,以咪鲜胺与多菌灵按1∶7比例复配后的防治效果最优。     

禾谷镰孢碳源代谢调控因子FgCreA的功能

【目的】敲除禾谷镰孢（Fusarium graminearum）中碳源代谢调控因子FgCreA,并对其营养生长、有性生殖和致病力等方面进行研究,为研究禾谷镰孢中碳源代谢机制提供依据。【方法】根据酵母数据库SGD和NCBI数据库中的序列,利用酿酒酵母中碳源代谢调控因子Mig1确定禾谷镰孢中的碳源调控因子FgCreA;在NCBI数据库中检索其他物种中碳源代谢调控蛋白,使用ClustalW2软件进行多重序列比对,并用MEGA5软件构建系统进化树,同时在InterProScan网站上预测其蛋白结构域;在NCBI数据库中检索与禾谷镰孢碳源吸收相关的结构基因和真菌毒素DON生物合成的相关基因,调取起始密码子上游1 000 bp的片段,预测FgCREA基因结合位点位置;用Primer5软件设计引物,利用Split-PCR和PEG介导原生质体转化的方法进行基因敲除,并通过PCR和Southern blot验证获得FgCREA基因敲除突变体Fgcrea。根据突变体Fgcrea营养生长、有性生殖和致病力等方面的变化分析FgCREA的功能。【结果】通过生物信息学方法,明确禾谷镰孢中只有一个碳源代谢调控因子基因FgCREA(FGSG_09715),氨基酸序列416 aa,共包含两个保守的C2H2锌指结构区域。FgCreA同源蛋白在各类真菌中均存在一定程度的同源性,具有较高的保守性。禾谷镰孢碳源吸收相关结构基因（XYL2、ARA1、ICL1、PG1、SUC2）和真菌毒素DON生物合成相关基因（TRI1、TRI3、TRI4、TRI5、TRI6、TRI7、TRI8、TRI10、TRI12、TRI101）启动子区均含有FgCREA DNA结合位点。采用Split-PCR技术和PEG介导的原生质体转化,通过PCR和Southern blot获得并验证了两个FgCREA基因敲除突变体。表型观察发现,突变体Fgcrea的生长速度与野生型相比下降90%;分生孢子形态正常,但产孢量与野生型相比降低88%;有性生殖阶段,突变体Fgcrea可以产生正常的子囊壳、子囊和子囊孢子,但需要比野生型长20-28 d;突变体Fgcrea对钠盐较敏感,侵染小麦穗不发病。【结论】获得禾谷镰孢碳代谢调控因子FgCreA敲除突变体,明确FgCreA参与营养生长和有性生殖,并能够影响致病过程。但是否影响相关结构基因的转录水平和DON生物合成仍需进一步验证。     

禾谷镰刀菌拮抗菌的筛选与鉴定

从土壤中分离获得1株具有较强拮抗作用的细菌菌株X-42,经形态特征、16S rDNA序列分析,将其鉴定为解淀粉芽孢杆菌.该菌可产生一系列具有抑菌功能的代谢物,抑制禾谷镰刀菌生长.从X-42菌株发酵液中分离纯化代谢物,经硫酸铵沉淀的脂肽类物质用于抑菌分析,结果表明,来自X-42的脂肽物,既能直接破坏禾谷镰刀菌菌丝结构,也能影响分生孢子萌发,导致菌丝及孢子局部膨大.小麦开花期的田间赤霉病防治研究表明,在接种禾谷镰刀菌前和接种后施用拮抗菌X-42代谢物,均可有效防治赤霉病,其防治效果高达79％～88％,与化学杀菌剂多菌灵相当.     

稻瘟病菌与禾谷镰刀菌对茭白的致病性及侵染过程

稻瘟病菌与禾谷镰刀菌均是危害禾本科作物的重要病菌,同时也是研究植物病原真菌的两种模式生物。为进一步探索这两种病菌的致病能力和侵染过程,对稻瘟病菌与禾谷镰刀菌在茭白上的致病能力进行了测定,并比较了二者在茭白不同部位的发病过程及特点。结果显示,稻瘟病菌可侵染茭白叶片与叶鞘,但无法侵染茭白的肉质茎（茭白笋）;而禾谷镰刀菌不能侵染未创伤的茭白叶片和叶鞘,但可对茭白笋造成危害。对侵染部位的显微观察发现,稻瘟病菌在茭白叶片上能形成典型的附着胞与侵染菌丝。另外,茭白能有效地区分两种病菌的致病突变体。结果表明,稻瘟病菌与禾谷镰刀菌能够侵染茭白,造成危害;同时茭白也可以作为寄主研究这两种病菌的致病过程。     

禾谷镰刀菌致病力和致病基因的研究进展

回顾了对禾谷镰刀菌致病机理的研究,总结了禾谷镰刀菌侵染小麦各组织器官的研究进展以及禾谷镰刀菌致病基因的发现和研究。     

几种粉剂配方对小麦赤霉病菌的毒力和田间防效

测定表明，１＃配方和治萎灵ＳＬ的抑菌效果相近，ＥＣ５０值分别为１．２５ｍｇ·ｋｇ－１和１．１２ｍｇ·ｋｇ－１。在开花初期进行田间喷洒６２５ｍｇ·ｋｇ－１有效成份的药液，１＃、２＃配方和治萎灵ＳＬ的田间防效分别达８３．４３％、８２．２７％和８３．０８％，高于３＃配方的７２．４６％和多菌灵ＷＰ的６６．７０％，１＃、２＃配方显示出替代治萎灵ＳＬ和其它药剂在生产上应用的潜力。     

禾谷镰孢菌对戊唑醇敏感基线的建立和不同杀菌剂的交互抗性

为了明确禾谷镰孢菌对三唑类杀菌剂戊唑醇的敏感性及该药剂与其他杀菌剂的交互抗性,采用菌丝生长速率法测定了河南、山东和河北等不同地区的120个禾谷镰孢菌单孢菌株对戊唑醇的敏感性,同时测定了10株敏感菌株对异菌脲、福美双、百菌清、苯醚甲环唑和多菌灵的交互抗药性。结果表明:戊唑醇对禾谷镰孢菌的菌丝生长具有明显的抑制作用,EC50范围为0.007 2～0.200 7μg/mL,最大值与最小值相差27.875倍,平均值为(0.102 6±0.045 4)μg/mL,其敏感性频率呈近似正态分布,可作为禾谷镰孢菌对戊唑醇的相对敏感性基线。戊唑醇与上述不同作用机制杀菌剂之间相关系数低,均无交互抗性。     

一株禾谷镰刀菌拮抗菌株的筛选及鉴定

【目的】筛选对禾谷镰刀菌具有高拈抗活性的微生物菌株,探索小麦赤霉病的生物防治方法。【方法】用稀释平板涂布法及平板对峙法从24份取白河南郑州近郊、信阳、新乡、商丘、开封等地区发生小麦赤霉病的出间上样中分离、筛选禾谷镰刀菌的拈抗菌株。【结果】从24份土样中分离纯化到65株菌株,对峙实验发现其中8株对禾谷镰刀菌具有拈抗作用,其中,菌株Jc-07的拮抗效果最佳。根据形态特征、生理生化特性和16SrDNA序列分析,将菌侏Jc-07初步鉴定为解淀粉芽孢杆菌（Bacillusamyloliquefaciens）。抑菌实验表明,菌株Jc-07发酵滤液明显抑制禾谷镰刀菌的菌丝生长,使禾谷镰刀菌孢子萌发率显著降低。【结论】筛选得到的菌株Jc-07对禾谷镰刀菌具有较高的拈抗活性,具有防治小麦赤霉病的潜在应用价值。     

禾谷镰刀菌14α-脱甲基酶的原核表达与纯化

近年来,三唑类杀菌剂成为生产上防治小麦赤霉病(Fusarium Head Blight,FHB)的主要药剂,主要作用于甾醇生物合成中的14α-脱甲基酶(CYP51),使真菌麦角甾醇的合成受阻,从而破坏细胞膜功能,起到杀菌的功能.本研究的目的是采用结构生物学的方法探究禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)中14α-脱甲基酶(FgCYP51B)的三维结构、生化功能以及其与三唑类杀菌剂的互作机制,进一步阐释禾谷镰刀菌对三唑类杀菌剂潜在的抗性风险.以禾谷镰刀菌(F.graminearum)的cDNA为模板,根据14α-脱甲基酶基因(FgCYP51B)序列设计特异性引物进行PCR扩增,克隆了FgCYP51B基因并构建了3个全长表达载体pHAT2-CYP51B、pETM-20-CYP51B和pETM-30-CYP51B以及3个蛋白截短体表达载体pHAT2-CYP51B50-527,pETM-20-CYP51B50-527和pETM-30-CYP51B50-527,将重组表达载体转化到大肠杆菌BL21(DE3)和Rosetta(DE3),并利用异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)进行诱导表达.结果表明:全长FgCYP51B蛋白在BL21(DE3)和Rosetta(DE3)中均不表达;重组蛋白pHAT2-CYP51B50-527在大肠杆菌中不表达,而重组蛋白pETM-20-CYP51B50-527和pETM-30-CYP51B50-527成功表达,并通过亲和层析、离子交换与分子筛对重组蛋白进行纯化.该蛋白的表达与纯化为其结构功能的研究奠定了基础.     

禾谷镰孢菌对氰烯菌酯敏感性基线的建立

采用菌丝生长速率法测定了氰烯菌酯(2-氰基-3-氨基-3-苯基内烯酸乙酯JS399-19)对上海郊区禾谷镰孢菌(Fusarium gramineatum)分离菌的有效中浓度(EC50),并由此建立该药剂的敏感性基线。氰烯菌酯对上述分离菌均具有很强的抑制作用,其EC50值的范围在0.098 0~0.504 1μg/mL之间,平均值为0.258 9±0.055 1μg/mL;其敏感基线呈单锋曲线,接近正态分布。各分离菌株之间对该杀菌剂的敏感性差异较小,且并不因用药年份不同而有明显的差异。氰烯菌酯对禾谷镰孢菌的多菌灵敏感型菌株和抗药型菌株也均具有极强的抑制作用。这表明该药剂在发生多菌灵抗药性的地区可以大面积推广应用,以减少赤霉病的发生。本研究结果对于今后监测上海郊区禾谷镰孢菌群体对氰烯菌酯敏感性的动态变化,制定该药剂合理使用策略具有重要的指导意义。     

禾谷镰刀菌毒素的抑菌除草活性测定

采用生长速率法和种子萌发法测定了禾谷镰刀菌毒素的抑菌和除草活性。结果表明,禾谷镰刀菌毒素对油菜菌核病菌、玉米大斑病菌和苹果褐腐病菌均表现出很强的抑制活性,发酵液抑制率分别为90.7%、93.4%和94.6%;禾谷镰刀菌毒素对反枝苋和黑麦草种子的幼根幼芽生长表现出明显的抑制作用,在供试浓度下菌丝提取液的抑制率均高于50%,对黑麦草种子发芽也有一定的抑制活性。     

分离自小麦赤霉病和玉米茎基腐病的禾谷镰孢菌的致病性研究

采用单花滴注方法和注射法交互接种,分别对8株分离自小麦赤霉病穗和11株分离自玉米茎基腐病茎的禾谷镰孢菌进行致病力测定。结果表明,所有供试菌株均能够成功交互侵染小麦和玉米,二者致病能力不同,存在明显差异。小麦赤霉病和玉米茎基腐病都是土传病害,染病作物病残体会造成跨寄主侵染,在小麦玉米轮作区两种病害可能会出现日渐严重的趋势。     

禾谷镰刀菌毒素对小麦叶组织超微结构的影响

电子显微镜观察发现,在禾谷镰刀菌粗毒素的作用下,小麦不同抗赤霉病品种三叶期的叶片细胞超微结构将发生显著变化,如质膜内陷和断裂,叶绿体膜、线粒体膜和细胞核结构被破坏,细胞器的基质电子密度下降。损害发生最早最严重的是质膜和叶绿体膜。抗病品种比感病品种的超微结构受害轻、反应迟。     

小麦赤霉菌FGSG_03700基因敲除及功能研究

[目的]敲除小麦赤霉菌(Fusarium graminearum)FGSG_03700基因,确定其缺失突变体表型,从而分析该基因的生物学功能。[方法]应用Split Marker基因敲除技术,构建含有潮霉素抗性基因hph的基因敲除盒,通过PEG介导,进行原生质体转化,在含有潮霉素的培养基上筛选转化子。[结果]通过PCR正负筛查,得到3个确定的突变体,分别命名为ΔFGSG_03700 1-2、ΔFGSG_03700 2-2、ΔFGSG_03700 2-3。通过表型验证及孢子对番茄侵染试验发现,敲除突变体的菌落形态及生长速度没有明显变化,致病力没有减弱,但突变体的产孢量低于野生型PH-1。[结论]FGSG_03700基因可能与小麦赤霉菌分生孢子的生长能力有关。     

禾谷镰孢复合种毒素化学型及遗传多样性分析

【目的】明确不同省（自治区）引起玉米穗腐病的禾谷镰孢复合种（Fusarium graminearum species complex,FGSC）的毒素化学型和它们之间的遗传差异以及亲缘关系。【方法】选用根据基因Tri13和Tri3序列设计的特异性引物分析来自11个省（自治区）的92株禾谷镰孢复合种菌株的毒素化学型;从100条哥伦比亚大学（UBC）开发的通用引物中筛选出13 条扩增条带丰富、重复性好、信号强、背景清晰的引物,利用筛选出的引物对供试菌株进行ISSR-PCR扩增,使用Popgen32软件计算多态性位点百分率、Shannon’s多样性指数、群体间的遗传距离和遗传相似性;依据Nei’s 遗传距离,利用NTsys2.10e软件进行UPGMA聚类分析,并构建供试菌株的聚类图。【结果】供试的92株禾谷镰孢复合种菌株的产毒素化学型有4种：DON、15-ADON、DON+15-ADON和NIV+15-ADON。其中产生DON和15-ADON的菌株分别为1株和20株;同时产生15-ADON和NIV的有1株;同时产生15-ADON和DON的有55株。筛选出的13条引物对所有供试菌株进行PCR扩增,共获得102条带,其中多态性条带101条,多态性比率为99.02%,平均每条引物产生条带为7.85条。在群体平均水平上,基因多样性指数（H）为0.3129,Shannon’s的信息指数（I）为0.4774,表明禾谷镰孢复合种存在较高的遗传多样性水平;不同地理种群间,各群体的遗传多样性水平具有一定差异,河北、山西、黑龙江和吉林种群遗传多样性最高,安徽和河南种群最低。地理种群间的基因分化系数（Gst）为0.2722,说明不同地理种群间存在一定的遗传变异,但大部分遗传变异（72.78%）发生在种群内。遗传分化系数估算的基因流值Nm=1.3372（＞1）,表明不同地理种群间存在一定的基因流动;遗传关系结果表明河北、山西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古和甘肃菌株群体间亲缘关系较近,山东、江苏、河南和安徽菌株间亲缘关系较近,安徽和内蒙古菌株间的亲缘关系最远。聚类分析显示所有菌株相似系数为0.43-0.95。在相似系数为0.43时,所有菌株分成2大类群,Group 1包括4株北方春播区菌株（吉林、山西和河北张家口）,不产生NIV和DON;Group 2由余下的88株菌株构成,产生的毒素类型主要为DON和15-ADON,其来源于北方春播区（山西、黑龙江、吉林、辽宁、甘肃和河北张家口、唐山）和黄淮海夏播区（河北石家庄、河南、山东、江苏和安徽）,在相似系数为0.664时,各类群分成不同的亚群,亚群的结果与菌株来源有一定的相关性。聚类分析结果和毒素化学型分析显示,同一地理种群的菌株多数聚在一起,个别菌株分散到不同的分支上。【结论】北方春播区和黄淮海夏播区的禾谷镰孢复合种主要的毒素化学型为DON和15-ADON。引起玉米穗腐病的禾谷镰孢复合种菌株群体内存在丰富的遗传变异,不同地理种群间存在一定的基因交流,遗传多样性与地理来源有关。