苹果炭疽叶枯病菌GcAP1复合体β亚基基因的克隆及功能分析

【目的】明确衔接蛋白(adaptor protein)GcAP1复合体β亚基在苹果炭疽叶枯病菌(Glomerella cingulata)生长发育和致病过程中的功能,检测GcAP1β在该菌中的时空表达模式,并揭示其是否调控多聚半乳糖醛酸内切酶(endopolygalacturonase)基因CgPG1和CgPG2、果胶裂解酶(pectin lyase)基因pnl-1和pnl-2以及果胶酸酯裂解酶(pectate lyase)基因pelA和pelB的表达,为深入开展苹果炭疽叶枯病菌衔接蛋白在致病信号传导途径中的分子机制研究打下基础。【方法】通过构建GcAP1β基因敲除载体和GcAP1β-gfp融合表达载体,利用农杆菌介导的遗传转化技术(ATMT)获得Δgcap1β突变体和GcAP1β恢复菌株Δgcap1β-GcAP1β,并由RT-PCR和Southern杂交分析进行鉴定。以野生型菌株W16为对照,对Δgcap1β突变体和GcAP1β恢复菌株Δgcap1β-GcAP1β的生长速度、产孢能力、分生孢子萌发率及附着胞形成率和致病性进行测定。利用生物信息学软件Prot Comp 9.0和TMHMM对GcAP1β蛋白进行结构分析,并结合GcAP1β-GFP信号观测,进行GcAP1β的亚细胞定位。利用qRT-PCR技术,检测GcAP1β在菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵染阶段的表达量,并检测CgPG1、CgPG2、pnl-1、pnl-2、pelA和pelB在野生型菌株和Δgcap1β突变体中的表达量。【结果】GcAP1β基因全长2 321bp,含有3个内含子,编码720个氨基酸。与野生型菌株W16相比,Δgcap1β突变体菌落成褶皱状,菌丝生长速度明显减慢,而分生孢子产量、分生孢子萌发率、附着胞形成率无显著差异。Δgcap1β致病力明显降低,仅在苹果叶片上引起极小的点状斑。GcAP1β基因恢复菌株Δgcap1β-GcAP1β完全修复了因GcAP1β基因缺失造成的表型缺陷。荧光检测显示,融合蛋白GcAP1β-GFP分布于细胞质中。qRT-PCR检测结果表明,GcAP1β在苹果炭疽叶枯病菌各个发育阶段都有表达,且在侵染后表达量相对最高。GcAP1β的缺失导致CgPG1表达量降低至20.3%,CgPG2表达量降低至16.5%,pnl-1表达量降低至8.2%,pnl-2表达量降低至14.4%,pelA表达量降低至4.4%,pelB表达量降至0.8%。【结论】衔接蛋白GcAP1复合体分布于细胞质中,是苹果炭疽叶枯病菌生长发育所需要的;GcAP1调控CgPG1、CgPG2、pnl-1、pnl-2、pelA和pelB的表达,是苹果炭疽叶枯病菌一个重要的毒力因子。     

玉米大斑病菌黑色素合成酶基因的全基因组定位及表达模式分析

【目的】确定玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）黑色素合成酶基因StPKS、St3HNR、St4HNR、StSCD、StLAC1、StLAC2在基因组中的位置和基因结构,分析黑色素合成途径中6个合成酶基因在玉米大斑病菌侵染过程中从分生孢子萌发至穿透不同时期及菌丝生长时期的表达模式,明确6个基因与病菌发育和致病的关系。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过Blastp相似性搜索,鉴定6个基因在基因组中的定位,解析在基因组中的串联分布情况;收集玉米大斑病菌从分生孢子萌发到侵染的不同时期及菌丝生长时期的菌体材料,提取总RNA,以β-tubulin作为内参基因,根据黑色素合成6个关键酶基因序列设计引物,采用qRT-PCR技术检测基因的表达模式,对比病菌在营养生长和生殖生长时期的表达情况。【结果】在基因组数据库中,玉米大斑病菌黑色素合成酶基因StPKS、St3HNR分别位于scaffold_12的正链和负链上,St4HNR、StLAC2位于scaffold_11的负链上,StSCD位于scaffold_1正链上,StLAC1位于scaffold_7正链上,且StPKS和St3HNR在基因组中串联分布在26.9 kb范围内;6个基因的相对表达量在分生孢子诱导萌发到穿透过程的5个时期中呈上调-下调-上调或上调-下调-上调-下调两种模式;分生孢子时期,StLAC2表达量最高,明显高于其他基因,差异极显著;菌丝生长时期,St3HNR、StSCD表达量最高,明显高于其他基因,差异极显著。【结论】玉米大斑病菌6个黑色素合成酶基因中StPKS和St3HNR在基因组中位置邻近,串联在26.9 kb范围内;6个基因从分生孢子萌发至侵染的5个时期均有表达,表达量存在显著差异,但各基因的表达模式相似,说明6个基因参与了玉米大斑病菌的侵染过程,在玉米大斑病菌的致病方面具有重要作用;同时在菌丝生长时期St3HNR和StSCD发挥的作用更明显,分生孢子时期StLAC2更活跃。     

STK1对玉米大斑病菌附着胞发育过程中糖原和脂肪积累的影响

【目的】通过研究STK1与附着胞发育的关系,明确附着胞发育过程中STK1对糖原和脂肪合成的调控作用,为阐明玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)附着胞发育的分子机制打下基础。【方法】以玻璃平板为疏水基质表面,通过"插片分离菌丝"法使菌丝附着于载玻平板表面,然后将附着有菌丝的玻璃平板置于保湿培养皿中22℃、14 h光照和10 h黑暗交替培养,诱导野生型菌株(WT)和STK1基因敲除突变体(ΔSTK1)的菌丝形成附着胞,每隔12 h显微观测附着胞的形态和发育过程;分别将附着有未经诱导的WT和ΔSTK1菌丝的玻璃平板和经过48 h附着胞诱导的玻璃平板浸没在I2/KI染色液中静置染色48 h,显微观察附着胞发育过程中糖原的变化;分别将附着有未经诱导的WT和ΔSTK1菌丝的玻璃平板和经过48 h附着胞诱导的玻璃平板置于-70℃的超低温冰箱中冷冻处理30 min,然后将玻璃平板置于Oil-red O染色液中静置染色24 h,显微观察附着胞发育过程中脂肪的代谢变化;利用real-time PCR技术检测附着胞发育过程中糖原和脂肪合成关键酶基因的表达情况。【结果】玉米大斑病菌WT菌株和ΔSTK1菌株利用菌丝尖端在玻璃平板的疏水表面均能够产生附着胞,但ΔSTK1菌株的附着胞发育与WT菌株显著不同,WT菌株48 h内为单胞附着胞,诱导48 h后少数附着胞形成了多细胞附着胞,而ΔSTK1菌株在诱导24 h后即出现了扭曲附着胞的异形附着胞形态,48 h后还出现了双杈、多杈和O型等多种异常的附着胞类型;WT菌株和ΔSTK1菌株的菌丝和附着胞进行糖原和脂肪的染色后,发现WT菌株的菌丝和附着胞都有均匀分布的糖原和脂肪,而ΔSTK1菌株的附着胞内几乎没有糖原和脂肪的积累,与WT菌丝的结果不同,在ΔSTK1菌株的菌丝内糖原沉积减少,脂肪主要分布于菌隔部位;附着胞诱导48 h后,WT菌株糖原合酶(glycogen synthase,GS)和二酰甘油酰基转移酶(diacylglycerol O-acyltransferase,DGAT)基因的表达量比诱导前分别增加了6.6%和40.3%,而⊿STK1菌株GS基因的表达量则下降了9.0%,DGAT基因的表达量仅上升了24.5%。【结论】STK1的功能缺失使玉米大斑病菌的附着胞发育形态异常,糖原积累下降,脂肪分布不均,糖原和脂肪合成的关键酶基因表达量均显著下降,表明糖原和脂肪代谢与玉米大斑病菌的附着胞发育密切相关。     

玉米大斑病菌Septin基因家族的鉴定与表达模式分析

【背景】隔膜蛋白Septin广泛存在于除植物以外所有真核生物中,是高度保守的GTP结合蛋白家族,被认为是继微管、微丝和中间纤维之后的第4种细胞骨架蛋白。病原真菌的Septin蛋白参与细胞极性的确定、形态塑造及与致病相关的形态转换。【目的】鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Septin基因家族,并进一步分析其在不同发育时期的表达模式,为明确隔膜蛋白Septin与真菌侵染结构发育之间的关系打下基础。【方法】以玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)中6个Septin蛋白的氨基酸序列为探针,在玉米大斑病菌数据库在线Blastp比对和关键词搜索,获得大斑病菌的候选Septin,对其基因结构、理化性质以及跨膜区结构等方面进行生物信息学分析。收集人造疏水介质诱导下侵染结构发育不同时期以及侵染感病寄主叶片不同时间的玉米大斑病菌材料,利用实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)技术系统分析Septin基因家族在玉米大斑病菌侵染结构形成不同阶段的转录水平。【结果】获得了玉米大斑病菌6个候选Sep...     

胶孢炭疽菌漆酶基因Lac2的序列特征与表达分析

为了探明分离自芒果的胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)漆酶同工酶基因的序列特征,进一步研究该菌的分子致病机理。以该菌为材料,采用同源克隆和RT-PCR法获得胶孢炭疽菌漆酶基因Lac2(KF924625)。结果表明,其编码区大小为1 785 bp,编码594个氨基酸,分子量为65.53 ku,等电点是6.56,含4个铜离子结合保守结构域;聚类分析发现,其预测蛋白与西瓜炭疽病菌(Colletotrichum orbiculare)的漆酶laccase-1(ENH77191.1)同源性最高,达到79%;半定量RT-PCR分析表明,在分生孢子不同萌发时段,Lac2的表达量有明显的升降趋势,接种后6 h表达量最低,9 h最高。可见Lac2具备真菌漆酶基因家族的序列特征,初步推测它可能与C.gloeosporioides分生孢子萌发侵染寄主有关,也可能参与调控芒果胶孢炭疽菌的漆酶活性和抗氧化反应等。     

杨树PsChiⅠ基因全长的克隆与表达分析

【目的】克隆川杨几丁质酶基因cDNA全长序列,分析其在病原菌侵染过程中不同时段的表达特征。【方法】以受落叶松-杨栅锈菌(Melampsora larici-populina)单孢子堆菌系Sb052侵染后的川杨叶片为试材,采用RACE法克隆川杨几丁质酶基因cDNA序列,对其进行生物信息学和实时荧光定量表达分析。【结果】克隆到1条川杨几丁质酶基因序列,将其命名为PsChiⅠ(GenBank登录号:KC416180)。该序列全长1 145bp,包含1段960bp的开放阅读框(ORF),38bp的5′非编码区和147bp的3′非编码区。其编码蛋白含有319个氨基酸,具有2条糖苷水解酶19家族特征序列,理论等电点为5.03,为ClassⅠb型酸性几丁质酶,属于几丁质酶第19家族。序列比对和系统进化树结果表明,PsChiⅠ与毛果杨(Populus trichocarpa)几丁质酶基因相似性最高,且亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果表明,菌系Sb052侵染杨树叶片后PsChiⅠ基因在各个时段都有表达,但以侵染后12和48h时的表达量相对较高。【结论】获得了几丁质酶基因全长序列,推测其参与了寄主川杨抵抗真菌的防御机制。     

2A型蛋白磷酸酶对玉米大斑病菌菌体发育的调控作用

【目的】明确2A型蛋白磷酸酶（PP2A）在玉米大斑病菌致病过程中的作用,为研发新型杀真菌制剂和探讨植物病害防治新策略奠定理论基础。【方法】利用不同浓度的PP2A特异性抑制剂——斑蝥素（cantharidin）处理玉米大斑病菌,研究在该抑制剂作用下玉米大斑病菌的菌落生长、分生孢子产量、孢子萌发、附着胞发育、黑色素合成及HT-毒素活性。【结果】随着斑蝥素浓度的增加,其对菌丝体生长的抑制作用也逐渐增强,当达到160 μmol•L-1时,培养8 d的菌落平均直径仅为对照的41.7%;同时,处理组产孢量均高于对照组,160 μmol•L-1斑蝥素处理组产孢量达到了对照组的15.5倍。分析斑蝥素对病菌分生孢子的萌发、附着胞形成及侵染的影响表明,上述3个阶段对斑蝥素的敏感性由强到弱依次为附着胞形成>分生孢子萌发>附着胞侵染;此外,对照组的胞内黑色素含量为0.13 g•L-1,处理组的胞内黑色素含量均高于对照组,且随着斑蝥素浓度的增加不断升高。【结论】PP2A特异性抑制剂斑蝥素对玉米大斑病菌菌落生长、附着胞发育具有抑制作用,而对分生孢子产生及胞内黑色素的合成具有一定的促进作用。     

柑橘响应溃疡病菌转录因子CsBZIP40的克隆及功能分析

【目的】分析柑橘BZIP转录因子家族并克隆柑橘溃疡病菌相关的转录因子Cs BZIP40,对其进行亚细胞定位并研究外源激素及机械损伤对该基因的诱导表达,确定其诱导表达模式,分析其与溃疡病菌侵染的关系。【方法】基于全基因组公共数据库,对柑橘BZIP转录因子进行综合专业注释以获得柑橘中BZIP家族的所有成员信息,并根据染色体定位对其进行命名;利用MEME分析其结构域;利用MEGA 6.0分析柑橘BZIP与拟南芥BZIP的系统发育关系,并根据系统发育关系对该基因家族进行分类,确定本研究关注的Cs BZIP40所属的类型;结合染色体定位和系统发育树确定该家族的基因复制情况;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法验证感染溃疡病菌前后由柑橘转录组筛选出的Cs BZIP40表达模式;分析Cs BZIP40、启动子元件(plant CARE)和核定位信号(c NLSmapper),构建GFP融合载体,用洋葱表皮进行亚细胞定位分析,来对预测的核定位信息进行验证;利用q RT-PCR技术分析水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、乙烯利(ET)以及机械损伤(wounding)对该基因的诱导表达模式,揭示该转录因子与激素代谢途径的关系。【结果】从柑橘(甜橙)全基因组数据库中共注释到47个BZIP,这些BZIP基因位于9号染色体之外的所有染色体上,其中3号染色体基因密度最大为4.5×10-7个/Mb,2号染色体上的BZIP基因密度最小,仅占所有BZIP基因的2%;柑橘BZIP基因家族含有较少的基因复制事件,所以相对其他已测序物种其BZIP家族较小;Cs BZIP40基因全长5 756 bp,开放阅读框1 530 bp,编码509个氨基酸;经BZIP家族染色体定位、结构域和系统发育分析结果显示Cs BZIP40基因序列特异性较好,且Cs BZIP40与拟南芥中AT1g08320属于同源基因,属于柑橘10个亚家族中参与病菌防御的D亚类;上游启动子元件含多个与植物逆境或激素应答相关的顺式作用元件,例如Box-W1、HSE、ERE等;此基因含有核定位信号,亚细胞定位表明此蛋白定位于细胞核,具备转录因子发挥作用的前提;外源水杨酸并不会使四季橘和纽荷尔脐橙中Cs BZIP40的表达水平显著上调,纽荷尔脐橙在茉莉酸甲酯诱导后有明显的差异表达,但乙烯利可以使Cs BZIP40在四季橘和纽荷尔脐橙中均有较明显的差异表达;柑橘溃疡病菌侵染可诱导抗病品种四季橘中此基因上调表达,而在感病品种纽荷尔脐橙中,该基因对柑橘溃疡病菌侵染没有响应。【结论】Cs BZIP40是响应溃疡病菌侵染的一个转录因子,该基因可作为柑橘抗溃疡病菌分子育种的一个候选基因来进行进一步功能性验证,具有潜在的分子育种价值。     

谷子转录因子SiNAC18通过ABA信号途径正向调控干旱条件下的种子萌发

【目的】谷子(Setaria italica L.)具有显著耐旱性。研究旨在通过反向遗传学方法分析并鉴定在干旱条件下影响植物萌发过程的重要调控因子,为研究作物干旱条件下种子萌发的调控机制创造条件。【方法】使用Clustal X 2.0和MEGA 5.05软件对谷子SiNAC18蛋白序列及其同源序列进行多序列比对,并构建系统进化树;利用real-time PCR方法检测SiNAC18在不同胁迫条件下的表达模式;通过瞬时转化的方法分析SiNAC18蛋白亚细胞定位;在拟南芥中过表达SiNAC18,分析SiNAC18的生物学功能;分析SiNAC18在转基因拟南芥中可能控制的下游基因。【结果】SiNAC18全长1 074 bp,编码由357个氨基酸组成的亲水性蛋白,分子量约为38.8 k D;系统进化树分析表明SiNAC18属于NAC转录因子家族第Ⅰ组的NAP亚组,与拟南芥基因At NAC29同源性最高;氨基酸序列比对结果显示,SiNAC18与其他物种包括水稻、拟南芥、大豆和玉米中同源性最高的NAC类转录因子蛋白的N端都具有A、B、C、D和E这5个保守结构域,蛋白C端具有高度多态性,证明SiNAC18的N端序列与其结合下游基因启动子元件相关;real-time PCR结果显示,SiNAC18在干旱(PEG)、ABA、高盐(Na Cl)及过氧化氢(H2O2)处理条件下的表达量明显上升;亚细胞定位结果表明SiNAC18蛋白定位于细胞核中;基因功能分析结果显示,在ABA和PEG胁迫处理下,SiNAC18转基因拟南芥与野生型种子的萌发率存在明显差异:在正常生长条件下,野生型拟南芥WT和SiNAC18转基因拟南芥的萌发率基本一致,在PEG浓度为10%和15%的MS培养基上,SiNAC18转基因拟南芥的萌发率显著高于WT。在2和5μmol·L-1 ABA处理条件下,转基因拟南芥的萌发率显著低于WT;下游基因表达分析结果显示,ABA信号途径相关基因At RD29A,脯氨酸合成相关基因At P5CR和At PRODH以及过氧化物酶基因At PRX34在SiNAC18转基因株系中的表达量高于WT中的表达量,表明SiNAC18通过调控这些下游基因影响转基因植物在干旱条件下的萌发率。【结论】谷子NAC类转录因子基因SiNAC18可能通过ABA信号途径、氧化胁迫调控等途径正向调控植物在干旱条件下的萌发过程。     

应用GDPs转录物标记法进行水稻白叶枯病菌早期侵染表达谱分析

 【目的】揭示水稻白叶枯病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo）在侵染水稻叶组织早期的基因表达谱差异。【方法】采用GDPs-Finder计算法,设计了能够覆盖KACC10331基因组全部ORFs的定向引物（GDPs）,对Xoo与水稻互作1、3和7 d的总RNA进行反转录,对病菌cDNA探针进行Cy3/Cy5选择性标记,与含有371个Xoo致病相关基因的芯片进行杂交。【结果】在水稻侵染的不同时期,Xoo致病相关基因表达谱存在差异。与在NBY中生长相比,Xoo在侵染1、3和7 d时分别有42个（18个上调和23个下调）、51个（29个上调和22个下调）和33个（16个上调和17个下调）基因发生了差异表达;其中5个基因是共有上调表达的,5个是共有下调表达的。推测这些基因的差异表达可能与病菌适应寄主体内环境、生长与定殖以及为害与显症过程有关。【结论】应用GDPs转录物标记技术可以成功地进行Xoo侵染过程的表达谱分析,鉴定出的差异表达的基因可以作为功能研究的靶标基因。     

玉米大斑病菌Homeobox转录因子家族全基因组鉴定及其表达规律分析

【目的】从全基因组水平上鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Homeobox转录因子家族及其分布,阐明该家族的序列及进化特征,分析该家族基因在病菌不同生长发育时期的表达规律。【方法】利用生物信息学手段搜索玉米大斑病菌全基因组数据库,鉴定Homeobox转录因子家族;采用MEGA 5.0软件进行系统进化树分析;利用在线工具GSDS(gene structure display server)(http://gsds1.cbi.pku.edu.cn/index.php)绘制基因结构图;利用Clustal X 1.83软件分析Homeobox保守结构域(HOX保守结构域)的氨基酸序列特征;利用SOPMA(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.plpage=npsa_sopma.html)对Homeobox蛋白的二级结构进行在线预测;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术分析Homeobox转录因子家族在病菌不同发育时期的表达模式。【结果】在玉米大斑病菌中鉴定了8个Homeobox转录因子家族成员(St HTF1-8),根据基因结构及系统进化特征将其分为4类;亚细胞定位预测分析表明,这8个蛋白全部定位在细胞核中;该家族成员均含有HOX保守结构域,其二级结构具有特征性的"螺旋-转角-螺旋"(helix-turn-helix)结构;利用q RT-PCR技术对该家族成员在菌丝、分生孢子形成、芽管形成、附着胞及侵入丝形成等5个时期的表达规律分析,发现不同基因在病菌不同发育时期具有不同的表达水平,其中St HTF1在菌丝发育、分生孢子及附着胞形成等3个时期的表达水平相对较高,St HTF3、St HTF4在分生孢子形成时期表达水平最高,St HTF6在芽管形成时期的表达水平最高,St HTF2、St HTF5、St HTF7和St HTF8在附着胞形成时期的表达水平均较高。【结论】玉米大斑病菌包括Homeobox转录因子家族包含8个成员,在进化上分为4大类,全部成员均分布在细胞核内,其编码蛋白质均含有保守的HOX结构域及"螺旋-转角-螺旋"空间结构;该基因家族成员在病菌不同发育时期呈现不同的表达规律。     

玉米大斑病菌分生孢子形成的影响因素及GATA转录因子家族的表达分析

【目的】玉米大斑病(northern leaf blight of corn)是由玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)引起的一种威胁玉米生产的重要叶部病害。本研究旨在确定影响玉米大斑病菌分生孢子产量的主要因素;明确GATA家族成员基因在分生孢子形成时期的表达特征,为深入解析调控病菌发育及致病的分子机制打下基础。【方法】以玉米大斑病菌野生型菌株01-23为试材,探索13种不同培养基(乳糖酪蛋白琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基、玉米茎秆葡萄糖琼脂培养基、玉米茎秆琼脂培养基、玉米叶片葡萄糖琼脂培养基、玉米叶片琼脂培养基、玉米籽粒葡萄糖琼脂培养基、玉米籽粒琼脂培养基、玉米粉葡萄糖琼脂培养基、玉米粉琼脂培养基、查氏培养基、基本培养基、水琼脂培养基)、5种碳源(乳糖、葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖)、以乳糖酪蛋白琼脂培养基为基础培养基,以5 g·L~(-1)的量分别添加不同的氮源(牛肉膏、蛋白胨、NH_4Cl、KNO_3、(NH_4)_2SO_4、NH_4NO_3)、pH(4、5、6、7、8、9)、温度(15、20、25、30、35℃)及光照强度(1 500、3 000、6 000、9 000 lx)等条件对分生孢子产量的影响;进一步利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术,分析病菌菌丝形成时期和分生孢子形成时期GATA家族5个成员基因的表达量。【结果】利用单因素分析法确定了影响玉米大斑病菌分生孢子产量的主要因素,发现产孢量最大的培养条件为玉米叶片葡萄糖琼脂培养基,碳源为乳糖,培养温度为25℃,pH 8,光照条件为光暗交替各12 h,光照强度为6 000 lx。另外,还发现在培养基中添加KNO_3可显著提高分生孢子产量。对GATA家族5个基因的相对表达水平分析表明,与菌丝时期相比,在分生孢子形成时期GATA2的表达量明显上调,其他基因(GATA1、GATA3、GATA4、GATA5)表达量均显著下调。【结论】利用单因素分析法确定了影响玉米大斑病菌分生孢子产量的最佳培养条件;根据GATA家族5个基因相对表达分析结果,推测GATA2可能参与了玉米大斑病菌的分生孢子形成。     

灰葡萄孢犬尿氨酸单加氧酶基因BcKMO与病菌cAMP信号途径的关系

【目的】明确灰葡萄孢（Botrytis cinerea）犬尿氨酸单加氧酶基因BcKMO与病菌cAMP信号途径之间的关系,为进一步阐明BcKMO调控灰葡萄孢生长、发育和致病力的分子机制打下基础。【方法】利用cAMP信号途径特异性抑制剂SQ22536,检测灰葡萄孢野生型BC22、BcKMO的T-DNA插入突变体BCG183和回复菌株BCG183/BcKMO对cAMP信号途径特异性抑制剂的敏感性;分别提取灰葡萄孢野生型BC22、突变体BCG183和回复菌株BCG183/BcKMO中的cAMP,利用HPLC检测各菌株中cAMP的含量;利用real-time PCR技术检测BcKMO与cAMP信号途径中cAMP依赖的蛋白激酶（PKA）的催化亚基基因pka1和pka2、调节亚基基因pkaR、编码异源三聚体G-蛋白Gα亚基基因bcg2和bcg3在病菌不同发育阶段、组织部位以及培养条件下的表达规律;利用real-time PCR技术检测BcKMO突变体中cAMP信号途径关键基因pka1、pka2、pkaR、bcg2、bcg3的表达水平;利用real-time PCR技术检测cAMP信号途径关键基因pka1、pka2、pkaR、bcg2、bcg3的RNAi突变中BcKMO的表达水平。【结果】灰葡萄孢BcKMO的T-DNA插入突变体BCG183对cAMP信号途径特异性抑制剂SQ22536不敏感,受抑制的程度明显低于野生型BC22和回复菌株BCG183/BcKMO。BcKMO的T-DNA插入突变体BCG183中cAMP含量明显低于野生型菌株BC22和回复菌株BCG183/BcKMO。BcKMO与cAMP信号途径中cAMP依赖的蛋白激酶（PKA）的催化亚基基因pka1、编码异源三聚体G-蛋白Gα亚基基因bcg2和bcg3的表达规律基本一致,均为在7 d的菌丝和菌核中表达水平较高;此外,BcKMO和cAMP信号途径关键基因pka1、pka2、pkaR、bcg2、bcg3均为在含果糖培养基上培养的病菌中表达水平较高。BcKMO的T-DNA插入突变体BCG183中cAMP信号途径关键基因pka1、pka2、pkaR、bcg2、bcg3的表达水平均明显高于野生型BC22和回复菌株BCG183/BcKMO。pka1、bcg2的RNAi突变体中BcKMO表达水平明显高于野生型,而pka2、pkaR、bcg3的RNAi突变体中BcKMO表达水平明显低于野生型。【结论】BcKMO负调控cAMP信号途径关键基因pka1、pka2、pkaR、bcg2、bcg3的表达;cAMP信号途径关键基因pka1、bcg2负调控BcKMO的表达,而cAMP信号途径关键基因pka2、pkaR、bcg3正调控BcKMO的表达。     

玉米大斑病菌MAPK基因St IME2的基因组定位、蛋白质结构预测及表达分析

【目的】确定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)MAPK基因St IME2在基因组中的位置;系统解析目的蛋白质St Ime2的结构特征;分析玉米大斑病菌St IME2在不同发育时期及不同胁迫条件下(温度、氧胁迫、高渗胁迫)的表达,为深入研究该基因的功能奠定基础。【方法】通过本地Blast搜索玉米大斑病菌基因组数据库,确定St IME2在基因组的精确位置;利用Prot Param在线分析St Ime2蛋白的理化性质,利用SOMPA在线软件预测St Ime2蛋白的二级结构。通过PHYRE2在线服务器对St Ime2蛋白的三维结构进行预测。利用半定量RT-PCR方法分析不同发育时期及不同胁迫条件下St IME2的表达。【结果】玉米大斑病菌St IME2为一类与酿酒酵母中Sc IME2具有较高同源性的基因,为在植物病原真菌中鲜有报道的MAPK基因。该基因的ID为98 105,位于scaffold_7正链的1 560 184—1 562 574位置,St Ime2蛋白具有MAPK类蛋白激酶的特征性保守结构域,其二级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主,β-折叠较少且主要存在于N端,其三级结构具有1个较小的N端域和1个较大的C端域;该基因在病菌分生孢子时期表达量最高,附着胞发育时期表达量最低。将病菌置于不同温度条件下处理,发现培养温度为28℃时St IME2表达量达到最高。在高渗胁迫条件下,随Na Cl浓度的增加,St IME2的表达量逐渐增加,但在较高胁迫条件下(0.8 mol·L-1 Na Cl),该基因表达几乎被完全抑制。经H2O2胁迫处理后,St IME2的表达量随H2O2的浓度增加而增强,在10 mmol·L-1 H2O2的处理下表达量最高。【结论】玉米大斑病菌St IME2位于scaffold_7正链的1 560 184—1 562 574位置。St Ime2蛋白具有MAPK激酶的所有特征性保守结构域,为一类功能鲜有报道的MAPK蛋白激酶。该基因在玉米大斑病菌分生孢子时期表达量最高,推测可能在调控病菌分生孢子发育过程中起重要作用。该基因的表达水平可随培养温度的变化而变化,28℃表达量最高。该基因可能参与病菌的高渗胁迫及氧胁迫反应。     

施肥对洞庭湖平原水稻土团聚体特征及其有机碳分布的影响

【目的】团聚体是土壤重要的物理属性,也是土壤有机碳的主要固存场所。研究长期不同施肥对洞庭湖平原红壤性水稻土团聚体数量、稳定性、分形特征及其有机碳含量及分布的影响,为区域双季稻田施肥管理提供理论依据。【方法】以国家稻田土壤肥力与施肥效应长期试验为平台（1986—2013）,运用湿筛法获得不同粒级水稳性团聚体,分析对照（不施肥,CK）、单施氮磷钾肥（NPK）、低量有机肥与氮磷钾肥配施（LOM,有机肥氮比例为30%）和高量有机肥与氮磷钾肥配施（HOM,有机肥氮比例为60%）4种处理影响下耕作层（0—20 cm）土壤粒径＞0.25 mm的水稳性团聚体数量（WR_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、分形维数（D）及其有机碳含量与分布的变化特征。【结果】除粒径＞5 mm的土壤团聚体外,水稳性团聚体含量和团聚体对土壤有机碳的贡献率均随团聚体粒径减小呈现逐渐增加的趋势,而团聚体有机碳含量则呈现逐渐降低的变化趋势,其变化特征在不同处理间表现一致。长期不同施肥对2—5 mm和0.5—2 mm团聚体含量影响最大,与对照相比,施肥处理中上述两粒级团聚体含量分别增加35.5%—64.5%和6.2%—14.7%。施肥后团聚体的WR_0.25、MWD、GMD分别增加8.6%—12.5%、7.1%—15.1%、13.7%—28.4%,而D值降低2.3%—3.5%,说明长期施肥增强团聚体稳定性,改善团聚体结构。单施氮磷钾肥和氮磷钾肥配施有机肥均可显著提高各粒级团聚体中有机碳含量（P＜0.05）,并始终表现出HOM强于LOM、LOM强于NPK的处理效应,与对照相比,HOM处理各级团聚体中有机碳含量较对照提高了22.1%—36.6%。水稳性大团聚体是土壤有机碳的主要载体,不同处理间＞0.25 mm团聚体中有机碳的分量占土壤有机碳的比例表现出HOM（83.5%）＞LOM（81.6%）＞NPK（79.2%）＞CK（69.9%）的顺序。施肥各处理均可显著提高＞5 mm、2—5 mm、0.5—2 mm三级团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率,且主要影响土壤有机碳在2—5 mm和0.5—2 mm两级团聚体中的分配率。＞0.5 mm的各级团聚体含量与土壤有机碳含量呈极显著正相关（P＜0.01）,说明施肥后土壤新增有机碳主要向＞0.5 mm的水稳性团聚体中富集。【结论】长期实行NPK平衡施肥及与有机肥配施有利于洞庭湖平原红壤性水稻土水稳性团粒结构的形成及大团聚体中有机碳的积累,与单施氮磷钾肥处理相比较,施用有机肥特别是高量有机肥与化学氮磷钾肥配施更有利于土壤良好结构体的形成和固碳能力的增强,是更优的稻田施肥模式。     

牛蒡子苷对小鼠原代骨骼肌细胞磷酸二酯酶活性及细胞生长的影响

 【目的】以茶碱为参照,观察中药成分牛蒡子苷对原代骨骼肌细胞磷酸二酯酶（Phosphodiesterase,PDE）活性及蛋白质合成的影响,探讨中药通过抑制PDE促进肌肉生长的作用及机理。【方法】分离1～3日龄ICR小鼠四肢肌肉用于骨骼肌原代细胞培养,在培养至第5～6天时向培养基中添加不同浓度的牛蒡子苷和茶碱,以不含牛蒡子苷和茶碱的培养基为阴性对照,继续培养24 h,采用HPLC、ELISA以及考马斯亮蓝法分别测定骨骼肌细胞cAMP PDE的活性、细胞内cAMP水平以及细胞总蛋白质合成。【结果】牛蒡子苷终浓度达到2.5 μg•ml-1、茶碱终浓度为20 μg•ml-1时均能极显著抑制原代培养骨骼肌细胞cAMP PDE的活性(P＜0.01）,显著提高细胞内cAMP水平（P＜0.05）,极显著促进肌细胞总蛋白质的合成（P＜0.01）。【结论】中药成分牛蒡子苷具有通过调节骨骼肌细胞内PDE的活性和cAMP水平,增加肌细胞蛋白质合成,促进骨骼肌细胞生长的作用。结果提示对PDE有抑制作用的中药有望成为促进动物生长的新型饲料添加剂。     

拟南芥仅含START结构域亚家族基因特性与功能分析

【目的】分析拟南芥中仅含START结构域(the lipid/sterol-binding St AR-related lipid transfer protein domains)亚家族成员的启动子元件及表达特性,阐明启动子元件与表达特性的相互关系,为明确仅含START结构域亚家族的生物学功能,解析植物生长发育机理、更好地促控植物生长提供理论依据。【方法】利用生物信息学方法分析仅含START结构域亚家族6个成员的亲缘关系及各自启动子区所包含的所有元件,对启动子元件的功能进行分析和分类;利用real-time PCR方法研究亚家族成员的表达特性;用突变体分析确认基因的功能;分析通过启动子元件分析预测的基因功能与通过突变体分析确认的基因功能间的相关性,为基因的功能和作用机制分析提供科研思路和方法。【结果】生物信息学分析表明,拟南芥中仅含START结构域亚家族成员共6个,分为3个分支,每个分支一对基因,每一对基因中均有一个基因的启动子中含有高转录水平元件5′UTR Py-rich stretch,6个亚家族成员的启动子区均含有多个光、激素和逆境响应元件,也存在各自特异的响应元件;用real-time PCR分析基因的表达量,结果与生物信息学预测结果一致:At3g13062的表达量明显高于同分支的At1g55960,At3g23080的表达量明显高于同分支的At4g14500,At1g64720的表达量明显高于同分支的At5g54170。组织定位分析表明亚家族成员有特异的时空表达特性:At3g13062和At1g55960在幼苗期就有明显表达,但At3g13062主要在子叶、下胚轴和根中表达,而At1g55960主要在根中表达量较多;在成苗期拟南芥中,At3g13062主要在叶片中表达,在根中表达量较少;而At1g55960在成苗期拟南芥的叶片和根系的表达量均较多;At3g23080和At4g14500在幼苗期表达量较少,而在成苗期表达量增加,At3g23080主要分布于莲座叶中,At4g14500主要分布于莲座叶叶柄部。上述结果表明仅含START结构域亚家族成员可能在拟南芥不同时期和不同的部位分别行使着功能。利用生物信息学对启动子元件分析发现,各个基因均具有胚乳特意表达的Skn-1 motif元件,暗示着该家族基因可能参与调控胚乳的发育,进而影响种子的活力和萌发;通过对At3g23080和At4g14500的T-DNA插入突变体种子的分析表明,At3g23080和At4g14500表达量下降均会导致种子活力和萌发率的下降,这与生物信息学预测结果一致。【结论】拟南芥中仅含START结构域的亚家族有6个成员;6个亚家族成员可能在光、激素和逆境调控的发育过程中具有重要的作用;含START结构域的亚家族6个成员虽然同源关系较近,但具有各自的时空表达特性,在拟南芥的不同组织和不同发育时期执行着各自的功能。基因启动子元件与基因功能有直接关系,启动子区具有胚乳特意表达Skn-1 motif元件的At3g23080和At4g14500表达量下降均会导致种子活力和萌发率下降。     

假禾谷镰孢细胞凋亡基因FpTatD的鉴定与表达分析

【目的】鉴定和克隆假禾谷镰孢(Fusarium pseudograminearum)细胞凋亡相关基因FpTatD,分析FpTatD在假禾谷镰孢菌丝、分生孢子和侵染不同时期的表达,为探索细胞凋亡在假禾谷镰孢侵染过程中的功能提供理论依据。【方法】从GenBank获得模式物种已知的TatD氨基酸序列,利用BLASTP的方法在镰孢中鉴定TatD同源蛋白,并构建进化树;分别以假禾谷镰孢的基因组DNA和cDNA为模板,通过PCR方法克隆假禾谷镰孢FpTatD的基因序列和开放阅读框（ORF）序列;利用实时荧光定量PCR方法分析FpTatD在假禾谷镰孢生长、产孢及侵染不同时期的表达;利用转录组测序方法分析FpTatD在假禾谷镰孢与感病小麦和抗病小麦互作中的表达差异。【结果】镰刀菌中有4个保守的TatD同源蛋白,与其他物种的TatD蛋白构建系统进化树,发现TatD在进化上分成两个大的分支,第一个分支的TatD在所有物种中都非常保守,包括镰刀菌的TatD1和TatD2,第二个分支的TatD蛋白属于植物和真菌特有的,包括镰刀菌的TatD3和TatD4;克隆假禾谷镰孢的FpTatD1、FpTatD2、FpTatD3、FpTatD4基因长度分别为993、1 331、1 227、1 176 bp,ORF区长度为993、1 182、1 227、1 176 bp。FpTatD2 5′端包含两段长度为94和55 bp的非编码序列,FpTatD1、FpTatD3和FpTatD4均不含非编码序列。4个FpTatD编码蛋白质的分子量大小分别为36.37、43.13、45.59、44.25 kD。蛋白结构和序列分析显示FpTatD蛋白均具有明显的DNase结构域以及大部分保守的氨基酸位点;实时荧光定量PCR分析显示,FpTatD1和FpTatD2在假禾谷镰孢中的表达量高,且在侵染初期阶段明显诱导表达,尤其是FpTatD1在侵染36 h和3 d时分别上调表达8.8倍和7.6倍;而FpTatD3和FpTatD4表达量非常低,且在不同阶段的表达量无明显变化,说明FpTatD1和FpTatD2在假禾谷镰孢中起主要作用;通过分析假禾谷镰孢与感病小麦国麦301和抗病小麦周麦24互作的转录组数据,与实时荧光定量PCR结果一致,FpTatD1和FpTatD2表达量高,并在侵染阶段上调表达,而且相对于假禾谷镰孢与感病小麦的亲和互作中,其与抗病小麦的非亲和互作中,FpTatD诱导表达倍数更高。【结论】假禾谷镰孢细胞凋亡相关基因FpTatD可能参与病原菌与寄主的互作过程。