水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌的分子标记筛选及检测

 水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae）和细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicola)是水稻种子产地检疫中最重要的两种检疫对象,且同属于水稻黄单胞杆菌。本研究基于生物信息学技术构建比较基因组学算法对两种病原的全基因组序列比对分析,得到一系列能够区分两种病原的特异性PCR引物。结合简单的PCR技术及全自动DNA分析系统,我们选取了12对引物分别对23株水稻白叶枯病菌和5株水稻细菌性条斑病菌及其它相关菌株进行验证。结果获得了2对显性标记(Xoo-Hpa1和Xoc-ORF2)以及3对共显性分子标记(M568、M897和M1575)可以达到理想的区分检测两种病原的效果。分子标记的检测灵敏度从5×10⁴到5 × 10⁷cfu·mL^-1不等,且从水稻种子浸提液中也能成功地检测水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌。本研究丰富了检测标记的靶位点,并有效的结合了高通量检测的手段对多位点联合分析,增强了检测的可靠性,有望在今后的植物检疫及病原鉴定中发挥着重要的作用。     

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。     

利用多重PCR诊断水稻白叶枯病和细菌性条斑病的复合发生

为准确检测水稻白叶枯病菌、细菌性条斑病菌及这两种病菌的复合发生,利用软件DNAStar分析比较这两种菌的部分核酸序列,设计了检测这两种病菌的特异性引物。引物Xoo F-Xoo R能特异性扩增出水稻白叶枯病菌中一条大小162 bp的条带;引物Xooc F1-Xooc R1和Xooc F2-Xooc R2能够分别特异性扩增出水稻细菌性条斑病菌中690 bp和945 bp的条带。通过优化PCR反应条件,成功建立了多重PCR技术,可以对不同国家的水稻白叶枯病菌和细菌性条斑病菌进行准确检测,对由这两种病菌引起的复合侵染实现了准确诊断。     

中国水稻白叶枯病菌毒性变异研究

 利用13个含已知抗病基因的近等基因系材料,在水稻孕穗期采用剪叶接种法对我国285个水稻白叶枯菌株(其中108个采集于1970~1992年,177个采集于2003~2004年)的致病力变异进行研究。结果表明,病菌的致病力呈现多样性。通过试验系统比较了不同时期病菌的毒性和小种组成变化。在此基础上对病菌群体毒性变化的原因进行了分析。     

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。     

云南疣粒野生稻抗白叶枯病鉴定及叶片组织学观察

 本研究采用水稻白叶枯病菌强致病性代表菌株,评价了云南省自然分布的疣粒野生稻代表生态居群18份材料的抗病性,观察叶片组织学结构,初步分析了疣粒野生稻的抗性基因。结果表明,16份材料表现中抗、高抗甚至免疫;9份材料对4个菌株的抗性有一定差异;同时发现云南地方代表菌株X1和CN9404的致病性比C1和BD8438强。叶片组织学结构表明,高抗材料与感病的栽培稻米泉黑芒都无蜡质层,二者的叶肉组织、薄壁细胞和表皮细胞相同,表皮毛、维管束、厚壁组织等的差异也不明显,不足以引起抗病性差异。疣粒野生稻高抗或免疫白叶枯病并非借助其特殊叶片结构的物理作用,而主要是抗病基因的作用。参试疣粒野生稻中没有与Xa1、Xa21同源的基因,加之独立进化,推断其具有新的优异抗白叶枯病基因,值得深入研究和发掘利用。     

安徽省水稻品种对水稻白叶枯病的抗性及白叶枯病小种鉴定

为明确安徽省白叶枯病菌小种组成及常用、备用品种对该病的抗性,用白叶枯病强毒性小种FuJ和YN24、中等致病力的安徽省优势小种AH以及弱致病小种YN7对安徽省常用及备用水稻品种进行人工接种鉴定;用鉴别品种IRBB5、IRBB13、IRBB3、IRBB14、IRBB2、R24对安徽的白叶枯病菌株进行鉴定.结果表明,有3.5％的品种抗FuJ,15.4％的品种抗YN24,29.8％的品种抗AH;安徽省白叶枯病菌小种有R2、R5和R8,其中R5为优势小种.抗AH的品种可以用于安徽的水稻生产;生产中应防止FuJ和YN24等毒性强的菌株传入.     

hrp基因关键调控因子HrpG在水稻白叶枯病菌和条斑病菌中的交叉互补性研究

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)和条斑病菌(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)在非寄主烟草上产生过敏反应(HR)和在寄主水稻上具有致病性,是由hrp致病岛决定的,其中HrpG为关键调控因子。Xoo和Xoc侵染水稻途径和在水稻上产生病害症状的不同,是否与hrpG基因有关,还不清楚。本研究利用反向遗传学方法获得了Xoo和Xoc的hrpG突变体PΔhrpG和RΔhrpG,并用hrpG_Xoo基因和hrpG_Xoc基因分别互补上述2个突变体,获得了相应的互补菌株。致病性测定结果显示,PΔhrpG和RΔhrpG突变体丧失了在水稻上的致病性和在非寄主烟草上产生HR的能力,而hrpG_Xoo基因和hrpG_Xoc基因可分别互补上述突变体至野生型水平。利用GUS报告基因检测基因启动子活性发现,hrpG_Xoo和hrpG_Xoc的启动子活性没有显著差别;RT-PCR和Western杂交结果显示,hrpG基因交叉互补菌株中HrpG调控的下游基因hrpX、hpaR、hrcT、hpa2和hrpD6的表达没有差异,且III型分泌系统分泌蛋白Hpa2的分泌性没有受到影响。这些结果表明,稻黄单胞菌hrpG基因可在Xoo和Xoc中交叉互置,位于其上游和下游的调控途径可能相似,而决定Xoo和Xoc在水稻上的侵染途径以及所致病害症状差异可能与hrpG基因位点无关。     

水稻条斑病菌hrpB1基因决定寄主致病性和非寄主过敏反应的功能研究

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola,Xoc)的hrp基因决定了病原菌在非寄主植物上的过敏反应(hypersensitive response,HR)和在寄主植物上的致病性(pathogenicity),基因产物形成Ⅲ型分泌系统(type-Ⅲ secretion system,T3SS)将致病性效应分子注入寄主细胞从而引起水稻产生抗病性或者感病性反应。以位于hrpB操纵单元的首个hr-pB1基因为对象,通过基因敲除方式对其进行了突变,发现hrpB1突变体丧失了在水稻上的致病性和在烟草上激发HR的能力,并且在水稻组织中的生长能力显著降低。RT-PCR测定结果表明,hrpB1的转录表达受HrpG和HrpX的正调控。免疫杂交结果显示,HrpB1蛋白可通过T3SS进行分泌。这些结果不仅明确了hrpB1基因在病原菌致病性中的功能,而且提示了hrp结构基因不仅仅局限于形成Ⅲ型分泌系统,部分hrp基因产物本身也通过Ⅲ型系统分泌到胞外,并且可能起到效应分子的功能。     

稻白叶枯病菌外泌蛋白激发子的活性测定及其纯化

采用(NH4)2SO4分步沉淀法,从水稻白叶枯病菌的培养液中分离到具有激发子活性的物质。该蛋白处理水稻,可使水稻体内与抗病性相关的苯丙氨酸解氨酶和过氧化物酶活性显著提高;在田间喷洒水稻叶片,可以显著提高水稻对白叶枯病菌的抗性,病斑长度明显降低。经滚动式等电聚焦电泳和离子交换层析分离,生测结果表明第II吸收峰具有生物活性;再经SDS PAGE电泳和考马斯亮蓝染色,第II吸收峰收集物有明显的一条带,相对分子质量为47 9kD。     

十字花科黑腐病菌应急反应相关基因spoT_(Xcc)对T3SS基因调控作用的分析

通过反向遗传学方法和半定量RT-PCR方法,研究了十字花科黑腐病菌中被注释的应急反应相关基因spoT_(Xcc)与Ⅲ型分泌系统(T3SS)基因的调控关系。基于自杀质粒pK18mob同源整合方法构建了十字花科黑腐病菌spoT_(Xcc)基因(XC_0956)的非极性整合突变体,检测了突变体的多种表型,发现spoT_(Xcc)突变体延迟了在非寄主植物辣椒ECW-10R上引发的过敏反应(HR)。利用GUS(β-葡糖苷酸酶)活性检测、原位组织染色和半定量RT-PCR的方法,发现T3SS相关基因在spoT_(Xcc)基因的非极性整合突变体中表达量降低,表明十字花科黑腐病菌中被注释的应急反应相关基因spoT_(Xcc)显著正调控T3SS相关基因的表达。     

菠萝泛菌与水稻白叶枯病菌双重PCR检测方法的建立与应用

近年来水稻发生了一种由菠萝泛菌Pantoea ananatis引起的新型细菌病害,其发生时期与白叶枯病相近,病症与白叶枯病类似。为了实现该病害与白叶枯病的快速检测,本研究基于泛菌属看家基因acnA,通过序列比对,设计了22对特异性引物,分别与已知的白叶枯病菌检测引物XOO80进行配对并筛选,建立了一种双重PCR检测方法,可从菠萝泛菌和白叶枯病菌中分别扩增出910 bp和162 bp的特异性条带,而其他10种非目标细菌均未有扩增条带,25μL体系中可稳定地从至少1 pg/μL的基因组DNA模板中扩增出特异性条带。本研究建立的菠萝泛菌与水稻白叶枯病菌双重PCR检测方法具有良好的特异性和灵敏度,为水稻细菌病害病原鉴定及防治提供了技术支撑。     

云南高原粳稻白叶枯病菌毒素及其与致病性关系

 为了探寻云南高原粳稻白叶枯病菌间毒素的差异及毒素与病菌致病性的关系,本研究选用致病性差异较大的3个云南高原粳稻白叶枯病菌株,采用乙酸乙酯法提取其毒素,用水稻幼苗浸根法和种子发芽抑制法测定毒素粗提物的生物活性,并用TLC法分析毒素组分及组分含量的差异。结果表明3个菌株单细胞产毒素量与菌株的致病性强弱成正相关;供试的3个菌株,无论其致病力强弱,其产生的毒素只要有足够的量,都能抑制水稻种子发芽,也能使水稻幼苗萎蔫,且毒素浓度越高,作用越明显;菌株间毒素组分和组分含量存在差异,一些特异的组分是否与其致病性有关,需要深入研究。     

Baseline sensitivity of natural populations and resistance of mutants of Xanthomonas oryzae pv. oryzae to a novel bactericide,zinc thiazole

During 2009–2010, a total of 323 isolates of Xanthomonas oryzae pv. oryzae were obtained from rice with symptoms of bacterial leaf blight (BLB) in four provinces (Zhejiang, Jiangsu, Anhui and Hubei) in China. These isolates were tested for baseline sensitivity to zinc thiazole, a novel bactericide with strong antibacterial activity against Xanthomonas. The sampled pathogenic population had similar sensitivity to zinc thiazole (0·1–16·8 mg L^?1) in all four regions and over the whole two‐year study period. The baseline sensitivity was distributed as a unimodal curve with a mean EC₅₀ value of 6·79 ± 1·61 mg L^?1. The risk of mutation to resistance of zinc thiazole in X. oryzae pv. oryzae was further evaluated in vitro and in vivo. Twelve zinc thiazole‐resistant mutants were obtained through ultraviolet (UV) irradiation, culturing on zinc thiazole‐amended nutrient agar (NA) plates, and culturing on zinc thiazole‐treated rice plants. These zinc thiazole‐resistant mutants had resistance factors (RF = EC₅₀ value of a mutant / EC₅₀ value of the wildtype parent of this mutant) of 12·4 to 186·1 with a mean RF value of 44·1. Mutants obtained via UV irradiation, culturing on NA plates and culturing on rice plants had mean RF values of 51·8, 24·5 and 14·4, respectively. All mutants showed decreases in resistance to zinc thiazole after 20 successive transfers on bactericide‐free media or 10 successive inoculation–reisolations on bactericide‐free rice plants. No significant difference was found in bacterial growth and sensitivity to bismerthiazol between zinc thiazole‐resistant mutants and their parents. However, a significant decrease was observed in the pathogenicity of zinc thiazole‐resistant mutants compared with their parents, especially for mutants obtained via UV irradiation.     

国外新引进水稻品种（系）对我国水稻白叶枯病致病型的抗性反应

采用成株期人工剪叶接种鉴定方法,评价451份新引进的国外水稻新品种（系）对我国田间流行的5个水稻白叶枯病致病型的抗性反应。结果显示国际水稻研究所新材料是水稻白叶枯病重要的抗源。本试验还筛选出一批抗性较好的抗性材料,可供育种家在选配亲本时选用。     

A single amino acid substitution in the SdhB protein of succinate dehydrogenase determines resistance to amicarthiazol in Xanthomonas oryzae pv. oryzae

BACKGROUND: Xanthomonas oryzae pv. Oryzae Ishiyama, a causal agent of rice bacterial leaf blight, was found to be sensitive in vitro to the systemic fungicide amicarthiazol (2‐amino‐4‐methylthiazole ‐5‐carboxanilide), which is a potent inhibitor of succinate dehydrogenase (SDH, EC 1.3.99.1). This paper aimed to determine the molecular resistance mechanism of X. oryzae pv. oryzae to amicarthiazol. RESULTS: UV‐induced resistant mutants of X. oryzae pv. oryzae to amicarthiazol were isolated. The activity of SDH in wild‐type X. oryzae pv. oryzae was strongly inhibited by amicarthiazol, while that in resistant mutants was insensitive, although their SDH activity was decreased compared with the wild‐type sensitive strain without amicarthiazol. A mutation of Histidine₂₂₉ (CAC) to Tyrosine₂₂₉ (TAC) was identified in sdhB, which encoded the iron–sulfur protein subunit of SDH. The sdhB from the mutant was ligated into a cosmid, pUFR034, to generate pUFR034RAX, which conferred resistance to amicarthiazol when transformed into the wild‐type sensitive strain. CONCLUSION: A mutation of His₂₂₉ (CAC) to Tyr₂₂₉ (TAC) in SdhB was responsible for determining amicarthiazol resistance. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

Melatonin treatments reduce the pathogenicity and inhibit the growth of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola

Rice bacterial leaf streak (BLS), caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc), is a prevalent disease worldwide. Melatonin, an indoleamine with the chemical name N-acetyl-5-methoxytryptamine, is known to inhibit the growth of human pathogenic bacteria. However, the impact of melatonin on agricultural pathogenic bacteria remains poorly understood. In this study, the effect of melatonin on Xoc was investigated. Exogenous melatonin (200 μg mL⁻¹) significantly inhibited the growth of Xoc and reduced the mRNA expression level of seven cell division-related genes. Melatonin reduced the pathogenicity of Xoc towards the susceptible rice IR24. The lesion length in IR24 infected by Xoc pretreated with melatonin (200 μg mL⁻¹) was more than 23% smaller than the lesion length of the control group. Similarly, infection of IR24 leaves by Xoc pretreated with melatonin (200 μg mL⁻¹) reduced the bacterial population by 45%. The biofilm formation, swimming motility and extracellular protease activities of Xoc also decreased under melatonin treatment. Melatonin only slightly changed the morphology of Xoc but significantly reduced the mRNA expression of toxin genes. Furthermore, treating leaves with exogenous melatonin reduced the incidence of BLS by 17%. It is reported for the first time that melatonin reduces pathogenicity and may serve as a bactericide for controlling BLS disease.