橡胶树白粉菌Oidium heveae侵染寄主拟南芥的筛选

为筛选出橡胶树白粉菌Oidium heveae Steimnann新的寄主载体,通过接种野生型拟南芥Col-0、突变体Sr1-4D及eds1,观察了橡胶树白粉菌侵染不同拟南芥突变体的过程,PCR扩增测序法验证相关致病基因,构建橡胶树白粉菌-拟南芥互作体系。结果表明,在Col-0、Sr1-4D叶片上面,橡胶树白粉菌产生部分菌丝后停止生长,不能形成典型的橡胶树白粉病症状;但能成功侵染eds1叶片,在叶片的正、背面有银白色辐射状菌丝,后期在病斑上出现一层粉层,表现橡胶树白粉病的典型症状。组织染色和显微观察结果显示,在突变体eds1叶片上橡胶树白粉菌完成了侵染过程。PCR扩增测序结果表明接种后突变体eds1叶片上及组织中病菌均为橡胶树白粉菌;使用橡胶树白粉菌3个致病相关基因作为靶标,验证了eds1和橡胶树上白粉菌基因组中的3个致病相关基因相似度均达到99%~100%。表明橡胶树白粉菌可侵染拟南芥突变体eds1。     

基于链特异性RNA-seq的禾谷镰刀菌全生活史转录组分析

为明确植物病原真菌禾谷镰刀菌Fusarium graminearum全生活史的转录组特征和基因表达模式,采用生物信息学技术对其生活史不同阶段15个时期或组织的链特异性RNA-seq数据进行分析。结果表明,共有8 106个基因在所有时期均有表达,为禾谷镰刀菌生活史核心基因,占总基因数的47.2%;有性生殖和侵染过程中表达的基因数相对较多,其中有性生殖后期表达的基因数最多,达15 221个;无性产孢和侵染小麦穗过程中基因表达水平整体较高,而分生孢子中基因表达水平最低。在燕麦培养基上禾谷镰刀菌气生菌丝的基因表达模式与侵染过程中的基因表达模式较为相似,而与营养生长菌丝的基因表达模式差异较大。该菌次生代谢物合成特征酶基因和分泌蛋白基因的表达模式均分成3类,即分别在侵染、营养生长和有性生殖过程上调表达,暗示其在生活史不同阶段的特异性功能。     

橡胶树白粉病菌分子检测技术的建立

根据橡胶树白粉菌(Oidium heveae Steinm.)基因组中的特有保守序列OHS,设计两对特异性引物OHF1/OHR1和OHF2/OHR2。以不同地区收集的6份O.heveae(OH1~OH6)和橡胶树胶孢炭疽病菌(Colletotrichum gloeosporioides Penz.)等5种非靶标病原菌及健康橡胶树叶片基因组DNA为模板,建立了橡胶树白粉菌PCR及nested-PCR分子检测技术,并验证了检测体系的特异性和灵敏度。结果表明,引物OHF1/OHR1和OHF2/OHR2对橡胶树白粉菌均具有较高的特异性和灵敏度。其中引物OHF2/OHR2能检测到10pg/μL的橡胶树白粉菌DNA,而以OHF1/OHR1和OHF2/OHR2组合进行nested-PCR,其最低DNA检测浓度达到0.01fg/μL。人工接种试验中,当孢子接种量为2×10~3个/叶时,PCR和nested-PCR检测体系可分别在接种4d和24h后检测到目的条带。表明nested-PCR对在叶片组织中处于潜育期的橡胶树白粉菌的检测更有效,可为橡胶树白粉菌的检测提供一种简便而准确的检测方法。     

小麦白粉菌ADP/ATP载体蛋白基因的克隆及表达特征分析

 小麦白粉病是小麦上的一种重要病害。研究小麦白粉菌致病相关基因及其在致病过程中的作用,对于丰富小麦白粉菌致病的分子机制和筛选防治新靶标具有重要意义。前期转录组测序结果提示一个小麦白粉菌ADP/ATP载体蛋白（ADP/ATP carrier protein,AACP）在小麦与白粉菌互作时上调表达。本研究利用cDNA末端快速克隆技术（rapid\|amplification of cDNA ends,RACE）获得了长945 bp具有完整开放阅读框的小麦白粉菌ADP/ATP carrier基因序列,暂命名为BgtAACPx（GenBank登录号为MF197857）该基因编码314个氨基酸残基,利用相关软件进行生物信息分析,结果表明该蛋白为疏水性,含有6个跨膜区,亚细胞定位在线粒体上。与已有小麦白粉菌AACP蛋白的同源性为97%,是一个新的蛋白,同时构建了与其同源蛋白的遗传进化树。定量结果表明该基因在小麦白粉菌吸器期（48 h）、次生菌丝（72 h）至白粉菌刚产孢子又未形成孢子堆（120 h）这段时期高表达,提示该基因可能参与小麦白粉菌对小麦的致病过程。     

甲基营养型芽胞杆菌G-1抗菌肽的分离及抑菌作用研究

为探索甲基营养型芽胞杆菌Bacillus methylotrophicus G-1抑制番茄灰霉病菌的作用机制，采用HPLC、LC-MS等对其分泌的抗菌肽进行分离鉴定，通过扫描电镜观测抗菌肽对番茄灰霉病菌菌丝形态影响，借助RNA-seq研究抗菌肽处理番茄灰霉病菌3、5 d后的差异表达基因。研究结果表明：甲基营养型芽胞杆菌G-1产生的抗菌肽主要为伊枯草菌素A。经菌株G-1抗菌肽处理后，番茄灰霉病菌菌丝生长异常，菌体畸形肿胀，内溶物外渗。基因差异表达分析表明，有40个基因在2个时期均差异表达。GO、KEGG富集分析发现，与萜烯合酶、氨基酸跨膜转运相关的15个基因在各时期均上调表达，与细胞表面受体信号通路、氧化还原酶、果胶裂解酶、单加氧酶等有关的25个基因在各时期均下调表达，其中编码琥珀脱氢酶（SDH）的Bcin02g06840基因及编码3-羟基-3-甲基戊二酸辅酶A还原酶（HMGR）的Bcin04g04450基因表达量显著下调。经qRT-PCR验证，8个差异表达基因的表达模式变化与转录组测序分析结果一致。研究表明菌株G-1抗菌肽可能通过抑制番茄灰霉病菌细胞膜组分中SDH、HMGR的合成抑制菌丝及孢子的生长。     

禾谷镰孢漆酶样多铜氧化酶的鉴定及其表达模式

 子囊菌禾谷镰孢(Fusarium graminearum)可侵染玉米茎部造成严重的玉米茎腐病。漆酶样多铜氧化酶(Laccase-like multicopper oxidase)具有广泛的作用底物且在植物病原真菌中参与病菌侵染,促进病菌定殖。利用已知真菌漆酶的蛋白序列在禾谷镰孢中鉴定得到14个漆酶样多铜氧化酶,分属5种亚家族。通过对其在侵染玉米茎部不同时间后的芯片数据分析表明FGSG_02142、FGSG_05159在菌丝、孢子及侵染各阶段表达量均较高,FGSG_02328、FGSG_13185和FGSG_00142在侵染阶段表达量明显增加,其他基因表达量相对较低;试验进而利用qPCR检测了部分差异基因在接种玉米感病种质资源B73和抗病种质资源Mo17中的相对表达量,结果显示,禾谷镰孢FGSG_00142基因在B73中的表达量明显高于在抗病材料Mo17中的表达量,而毒素相关基因FGSG_02328在接种Mo17时表达也出现延迟,推测这2个基因均参与了禾谷镰孢的侵染过程。     

禾谷镰孢漆酶样多铜氧化酶的鉴定及其表达模式

 子囊菌禾谷镰孢(Fusarium graminearum)可侵染玉米茎部造成严重的玉米茎腐病。漆酶样多铜氧化酶(Laccase-like multicopper oxidase)具有广泛的作用底物且在植物病原真菌中参与病菌侵染,促进病菌定殖。利用已知真菌漆酶的蛋白序列在禾谷镰孢中鉴定得到14个漆酶样多铜氧化酶,分属5种亚家族。通过对其在侵染玉米茎部不同时间后的芯片数据分析表明FGSG_02142、FGSG_05159在菌丝、孢子及侵染各阶段表达量均较高,FGSG_02328、FGSG_13185和FGSG_00142在侵染阶段表达量明显增加,其他基因表达量相对较低;试验进而利用qPCR检测了部分差异基因在接种玉米感病种质资源B73和抗病种质资源Mo17中的相对表达量,结果显示,禾谷镰孢FGSG_00142基因在B73中的表达量明显高于在抗病材料Mo17中的表达量,而毒素相关基因FGSG_02328在接种Mo17时表达也出现延迟,推测这2个基因均参与了禾谷镰孢的侵染过程。     

非亲和性稻瘟病菌对水稻的诱导抗性

为研究稻瘟病菌Magnaporthe oryzae不同菌株间的相互作用,选择与单抗性基因系水稻IRBL5-M （携带抗性基因Pi5）表现为亲和性的菌株HN52与非亲和性的菌株HN119为研究对象,将其单独或混合接种到单抗性基因系水稻IRBL5-M中,并通过荧光显微镜观察接种后水稻叶鞘的发病情况及病斑面积,测定接种后水稻内相关抗性基因OsWRKY45、OsNPR1、OsPR10、OsMAPK2的表达量以及活性氧的变化。结果显示,相较于单独接种亲和性菌株,混合接种后单抗性基因系水稻IRBL5-M病斑发病面积减少;混合接种中亲和性菌株HN52菌丝侵染能力降低,侵染菌丝细胞间扩展率显著降低73.13%;同时单抗性基因系水稻IRBL5-M中OsWRKY45、OsNPR1、OsPR10和OsMAPK2抗性基因表达量显著增加,水稻叶片中活性氧含量增加,表明在菌株混合侵染过程中,非亲和性菌株可通过激发水稻的抗性反应来降低亲和性菌株对水稻的侵染程度。     

OsDCL1基因沉默突变体诱导稻瘟病抗性的转录组分析

稻瘟病是严重危害水稻生长的真菌病害,每年给水稻生产带来重大经济损失。与野生型日本晴NPB相比,OsDCL1基因沉默突变体增强了水稻对稻瘟菌的广谱抗病性。为了解水稻OsDCL1-RNAi突变体的抗病机制,我们分析和比较了它和野生型日本晴NPB在稻瘟菌侵染前后转录组水平的变化。响应稻瘟菌侵染的7 129个差异表达基因(DEGs)中,NPB和OsDCL1-RNAi突变体分别有5 382和5 180个基因表达发生了变化,参与生物胁迫反应、信号通路、蛋白代谢和RNA调控4个通路的基因明显被富集。以野生型未受稻瘟菌侵染的基因表达为对照,在OsDCL1-RNAi突变体中共发现1 318个DEGs,且超过70%是上调的,其中很多基因参与了生物胁迫反应(26.9%)和信号通路(11%),上调表达基因中与生物胁迫反应相关的主要为PR基因和细胞壁相关基因。另外,还发现10个茉莉酸相关基因和11个水杨酸相关基因分别在OsDCL1-RNAi突变体中显著下调和上调表达。在OsDCL1-RNAi突变体中还发现WRKY和MYB等一些转录因子家族以及部分受体类激酶被诱导表达。用qRT-PCR方法验证部分差异表达的基因,其结果与DEGs基本一致。OsDCL1-RNAi突变体中转录组变化的分析,为深入了解该突变体抗瘟性增强的机制奠定了基础。     

虫尸表面罗伯茨绿僵菌产孢、致病力及其相关基因的表达特征

为明确绿僵菌在其致死害虫表面生长发育和致病力等相关分子机制,通过显微观察大蜡螟Galleria mellonella虫尸表面罗伯茨绿僵菌Metarhizium robertsii生长和产孢特性,并测定其致病力,分别对虫尸表面和PDA培养基上罗伯茨绿僵菌的菌丝生长阶段和大量产孢阶段进行高通量测序,对虫尸表面罗伯茨绿僵菌产孢及致病力通路相关基因进行系统分析,并采用荧光定量PCR技术对高通量测序结果进行验证。结果表明,PDA培养基上培养5 d后,罗伯茨绿僵菌开始大量产孢,培养14 d时产孢量最高,为4.6×10~7个/cm~2,大蜡螟幼虫注射罗伯茨绿僵菌4 d后,其体表出现菌丝,5.5 d后虫尸表面罗伯茨绿僵菌大量产孢,9 d后产孢量最高,为2.6×10~8个/cm~2。与PDA培养基上罗伯茨绿僵菌对大蜡螟幼虫的半致死时间(7.09 d和4.66 d)相比,体壁侵染法和显微注射法侵染的虫尸表面罗伯茨绿僵菌对大蜡螟幼虫的半致死时间(6.33 d和4.49 d)分别显著缩短和无显著变化。高通量测序结果显示,在菌丝生长阶段和大量产孢时期,虫尸表面罗伯茨绿僵菌中共有810个基因上调表达,452个基因...     

沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇头部转录组的影响

为明确沃尔巴克氏体Wolbachia对果蝇神经行为影响的分子机制,采取转录组测序技术对感染沃尔巴克氏体和未感染的黑腹果蝇Drosophila melanogaster头部样本进行转录组测序、组装、注释,筛选感染沃尔巴克氏体wMel和未感染黑腹果蝇头部转录组间的差异表达基因,并选择差异表达基因中差异倍数较大或与神经行为相关的基因进行qPCR验证。结果表明,感染沃尔巴克氏体wMel和未感染黑腹果蝇头部差异表达基因有679个（差异倍数≥2,P<0.05）,其中,由于感染沃尔巴克氏体wMel而上调表达的基因有566个,下调表达的基因有113个。GO功能注释分析显示,差异表达基因与代谢过程、催化和结合功能相关。KEGG通路注释分析发现,差异表达基因主要富集在蛋白消化与吸收、内分泌、神经活性配体-受体互作以及激素合成等通路中。从差异表达基因中筛选出11个基因进行qPCR验证,有9个基因的表达趋势与RNA测序结果一致。表明沃尔巴克氏体可广泛影响果蝇头部基因的表达水平,暗示可能由此影响宿主的神经行为。     

转录组和iTRAQ技术联合揭示玉米根系的耐旱机制

采用RNA-Seq技术和iTRAQ技术对耐旱性不同的两玉米自交系(昌7-2和TS141)的幼苗根系差异基因(DEGs)和差异蛋白(DEPs)进行关联分析.定量关联分析结果表明,Chang 7-2 D1 vs CK1、Chang 7-2 D2 vs CK2、TS141 D1 vs CK1和TS141 D2 vs CK2等...     

Arginase activity in Arabidopsis thaliana infected with Heterodera schachtii

The activity of arginase (ARGAH), which results in ornithine and urea production, is important for nitrogen metabolism in all organisms as well as for defence responses. The second‐stage juveniles of the cyst‐forming nematode Heterodera schachtii penetrate roots and induce the formation of a permanent feeding site. To determine whether infection with H. schachtii causes the induction of arginase, the expression was studied in Arabidopsis roots and shoots at the day of inoculation and at 3, 7 and 15 days post‐inoculation (dpi). Parasite infection caused a strong decrease of root arginase activity and ARGAH1 gene expression, which persisted over the entire examination period. In shoots, the mRNA expression of ARGAH2 increased at 3 and 7 dpi, but the enzymatic activity was significantly enhanced only at 3 dpi. Thus, while arginase down‐regulation occurs in roots, which is apparently due to the presence of nematode effectors, in shoots the activity is only transiently up‐regulated despite persistently high gene expression. As oxidative stress is possible during nematode infection, the activity and gene expression of glutathione reductase, a marker of the redox equilibrium, were estimated and found to be significantly enhanced at 7 dpi in shoots of infected plants. The level of proline, an amino acid known for its ability to scavenge free radicals, was increased 60‐fold. The results suggest that the disruption of redox homeostasis, as reflected by increased proline level and glutathione reductase expression and activity, accompanies changes in arginine metabolism in the shoots, indicating systemic changes induced by nematode infection.     

棉铃虫BR-C Z4基因的克隆及表达分析

为明确转录因子广泛锌指复合物（broad-complex,BR-C）Z4亚型在棉铃虫Helicoverpa armigera生长发育过程中的作用,基于2-十三烷酮（2-tridecanone,2-TD）处理的棉铃虫幼虫中肠转录组数据克隆获得BR-C Z4的开放阅读框（open reading frame,ORF）序列,对其氨基酸序列和编码蛋白质进行生物信息学分析,并利用实时荧光定量PCR（real-time fluorescence quantitative PCR,qPCR）技术分析BR-C Z4基因在棉铃虫不同龄期、不同组织和2-TD处理6龄幼虫中的表达规律以及其和Ⅳ型几丁质酶（chitinase IV,CHT4）编码基因在4~6龄初、末期幼虫中的表达规律。结果表明,克隆获得的棉铃虫BR-C Z4基因的ORF为1 347 bp,编码448个氨基酸,预测编码蛋白质的分子量和理论等电点分别为49.8 kD和7.75,且主要定位于细胞核中。系统进化分析结果显示,棉铃虫BR-C Z4与家蚕Bombyx mori和烟草天蛾Manduca sexta的BR-C Z4亲缘关系最近。BR-C Z4基因在棉铃虫整个生长期均有表达,在3龄期的相对表达量最低而在预蛹期的相对表达量最高;该基因在棉铃虫6龄幼虫的脂肪体、中肠、体壁和头部均有表达,在头部的相对表达量最低,在中肠中的相对表达量最高; BR-C Z4和CHT4基因在棉铃虫4~6龄末期幼虫中的相对表达量均显著高于4~6龄初期幼虫;相关性分析结果显示BR-C Z4和CHT4的相对表达量呈极显著正相关;随着2-TD处理浓度的增加,棉铃虫BR-C Z4基因的相对表达量总体呈现先上升后下降的趋势,其中15 mg/g浓度处理20 h时BR-C Z4基因相对表达量达到峰值,而20 mg/g浓度处理6 h时BR-C Z4基因相对表达量降到最低,为对照的22.73%。推测BR-C Z4基因在棉铃虫变态发育和应对2-TD胁迫过程中发挥着重要作用。     

三七NAC基因家族全基因组鉴定与表达分析

为明确三七Panax notoginseng NAC转录因子基因家族的分布、功能和结构,通过生物信息学分析法进行鉴定,对其理化特性、染色体位置和进化特征进行分析,并根据RNA-seq数据分析其家族成员的时空表达模式和受黑斑病菌Alternaria panax诱导后的表达情况。结果显示,三七中共有98个NAC基因家族成员,其编码蛋白质长度介于104～882个氨基酸之间,分子量在11.78～100.20 kD之间,等电点在4.12～9.75之间。这98个NAC基因家族不均匀地分布在三七的12条染色体上,其中1号染色体分布最多（16个）,而11号染色体上分布最少（1个）。三七NAC基因启动子区域存在与光响应、生长素响应、赤霉素响应及茉莉酸甲酯响应等相关的多种顺式作用元件。NAC基因在三七不同组织及根部不同发育时期均有表达,在受到黑斑病菌侵染的叶片中NAC部分基因家族成员显著上调表达。表明NAC基因家族在三七的生长发育和响应黑斑病菌侵染过程中具有重要作用。