禾谷镰刀菌蛋白激酶FgSid1的功能研究

 实验室前期已经对禾谷镰刀菌中116个蛋白激酶进行了鉴定,发现FgSID1基因(FGSG_07344)敲除突变体在有性生殖过程中存在严重缺陷,但其在禾谷镰刀菌中的具体功能却未被详细报道。本研究通过表型分析和亚细胞定位等实验明确了FgSid1在营养生长、有性发育和致病性等方面的功能。本研究发现FgSID1基因敲除突变体菌落生长速度显著变慢,分生孢子隔膜数量减少且产孢量下降;在有性生殖阶段,FgSID1基因敲除突变体的子囊壳形态和大小均正常,但子囊畸形且子囊孢子形成有缺陷;此外,FgSID1基因敲除突变体只能侵染接种小花,而无法扩展到穗轴及临近的小穗,且接种点的小麦籽粒DON毒素含量显著下降;研究还发现FgSID1基因敲除突变体的分生孢子、营养菌丝和子囊孢子的分隔中均含有多个细胞核;本研究又通过亚细胞定位实验发现FgSid1定位于微管组织中心。因此,蛋白激酶FgSid1可能通过参与禾谷镰刀菌无性和有性阶段的细胞分裂影响禾谷镰刀菌的营养生长、分生孢子和子囊孢子的发育以及侵染能力。     

禾谷镰刀菌蔗糖转运蛋白FgSut1和FgSut2的鉴定及功能研究

小麦赤霉病是以禾谷镰刀菌为优势种的镰刀菌复合种群引起的一种影响小麦产量和粮食安全的重大真菌病害。蔗糖转运蛋白在禾谷镰刀菌中的功能尚不明确。本研究通过与裂殖酵母蔗糖转运蛋白Sut1的氨基酸序列同源比对鉴定到禾谷镰刀菌蔗糖转运蛋白FgSut1和FgSut2,通过基因敲除获得禾谷镰刀菌的Fgsut1、Fgsut2突变体和Fgsut1Fgsut2双敲突变体。研究表明：Fgsut1、Fgsut2突变体和Fgsut1Fgsut2双敲突变体的营养生长、产孢、有性生殖和产毒过程均没有出现缺陷。在葡萄糖为单一碳源的培养基上Fgsut1突变体的生长速率减缓,Fgsut1Fgsut2双敲突变体生长速率下降更显著。Fgsut1Fgsut2双敲突变体在果糖和麦芽糖为碳源的平板上生长速率减缓,说明FgSut1和FgSut2对碳源的利用存在功能的分化和冗余。在小麦穗和小麦胚芽鞘接种实验中,Fgsut2突变体和Fgsut1Fgsut2双敲突变体的致病力降低,说明FgSut2可能在禾谷镰刀菌侵染过程中发挥主要作用,FgSut1和FgSut2在侵染过程存在功能冗余。本研究将禾谷镰刀菌在生长发育过程中对碳源吸收、毒素合成及...     

禾谷镰刀菌中硝基单加氧酶的功能分析

硝基单加氧酶(nitronate monooxygenase, NMO)将硝基烷烃氧化成相应的羰基化合物和亚硝酸盐。尽管硝基单加氧酶的生化特性在少数真菌中得到了深入解析,但是在植物病原真菌中关于其生物学功能的报道很少。本研究通过同源比对,在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearium)中鉴定到了5个硝基单加氧酶,利用基因敲除获得了相应的单敲突变体。通过表型分析发现,基因缺失突变体ΔFgNMO1-5的生长速率、菌落形态以及致病力与野生型相比均未发生明显变化,说明硝基单加氧酶之间存在部分功能冗余。突变体ΔFgNMO1、ΔFgNMO4和ΔFgNMO5的分生孢子产量降低了约50%。通过融合绿色荧光蛋白进行功能回补发现,禾谷镰刀菌中这5个硝基单加氧酶在细胞内发挥催化功能的场所存在差异。     

禾谷镰刀菌中磷脂酰肌醇转运蛋白功能分析

磷脂酰肌醇转运蛋白(phosphatidylinositol transfer protein,PITP)保守存在于真核生物中,负责膜系统中磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱的转运,参与胞内的脂类信号调控过程。由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病严重威胁粮食产量和食品安全,而在禾谷镰刀菌的研究中发现磷脂信号网络中的关键元件参与病原菌致病过程的调控。我们利用基因敲除的方法对禾谷镰刀菌中PITP家族的功能进行分析,在禾谷镰刀菌中鉴定了7个PITP蛋白的编码基因,并成功获得了其单敲除突变体。通过表型分析发现,这7个基因的单敲除突变体在营养生长、无性及有性生殖和致病性方面与野生型菌株并无明显差异。研究结果表明:1)禾谷镰刀菌中的PITP基因并不是看家基因;2)不同PITP基因之间可能存在功能冗余;3)丝状真菌中PITP的生理功能与酵母中的PITP存在显著差异。     

禾谷镰刀菌中硝基单加氧酶的功能分析

 硝基单加氧酶(nitronate monooxygenase, NMO)将硝基烷烃氧化成相应的羰基化合物和亚硝酸盐。尽管硝基单加氧酶的生化特性在少数真菌中得到了深入解析,但是在植物病原真菌中关于其生物学功能的报道很少。本研究通过同源比对,在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearium)中鉴定到了5个硝基单加氧酶,利用基因敲除获得了相应的单敲突变体。通过表型分析发现,基因缺失突变体ΔFgNMO1-5的生长速率、菌落形态以及致病力与野生型相比均未发生明显变化,说明硝基单加氧酶之间存在部分功能冗余。突变体ΔFgNMO1、ΔFgNMO4和ΔFgNMO5的分生孢子产量降低了约50%。通过融合绿色荧光蛋白进行功能回补发现,禾谷镰刀菌中这5个硝基单加氧酶在细胞内发挥催化功能的场所存在差异。     

禾谷镰刀菌缺氧诱导脱氢酶参与发育和致病性

缺氧诱导脱氢酶(hypoxia-induced dehydrogenase,HorA)参与辅酶Q(coenzyme Q,CoQ)的生物合成.在禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)基因组中确定了一个缺氧诱导脱氢酶基因,命名为FgHorA.通过同源重组的方法获得FgHorA敲除突变体.研究发现,FgHor...     

禾谷镰刀菌脂质转运蛋白Vps13的功能分析

 Vps13蛋白家族是真核生物中高度保守的一类脂质转运蛋白,其在丝状真菌中的功能尚不清楚。小麦赤霉病主要由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起,是小麦最重要病害之一。禾谷镰刀菌含有酿酒酵母VPS13的一个同源基因FgVPS13。通过同源重组的方法获得禾谷镰刀菌FgVPS13敲除突变体。研究表明,FgVPS13敲除突变体出现生长、产孢和有性生殖的缺陷。FgVPS13敲除突变体在小麦胚芽鞘和麦穗上的致病力下降,产生的脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)毒素含量也明显降低。而且,FgVPS13抑制线粒体自噬。总之,FgVPS13参与调控禾谷镰刀菌菌丝生长、无性和有性生殖、致病力和线粒体自噬。     

禾谷镰刀菌和稻瘟病菌基因组中的微卫星序列比较

利用禾谷镰刀菌Fusarium graminearum和稻瘟病菌Magnaporthe grisea基因组测序结果,对这两种植物病原真菌基因组中的微卫星(SSR)序列进行了系统地分析和比较.结果表明,在禾谷镰刀菌基因组中,共发现4679个SSR序列,总长度为96.2kb,占基因组全长的0.27%.平均7.7kb碱基中有一个大于15 bp的SSR序列.在稻瘟病菌基因组中共发现16398个SSR系列,其总长度达到330kb,约占整个基因全长的0.85%,平均2.36kb碱基中就分布有1个SSR序列.在禾谷镰刀菌基因组中,数量最多的是五碱基重复序列,其次是六碱基重复序列;稻瘟病菌基因组中数量最多的是单碱基重复序列,其次为三碱基重复序列和五碱基重复序列.两基因组中数量最少的都是二碱基重复序列.尽管这两种植物病原真菌都属子囊菌,基因组大小也十分接近,但无论是在SSR的总体数量上,还是在各类SSR的分布上,两种植物病原真菌都存在十分显著的差别.     

禾谷镰刀菌组蛋白乙酰转移酶FgHat1在DON毒素生物合成中的功能

 由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病是小麦最主要的真菌病害之一。禾谷镰刀菌侵染小麦时分泌脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)真菌毒素,威胁人畜健康。本研究通过对组蛋白乙酰转移酶基因FgHAT1的功能研究,发现该基因编码的蛋白定位于细胞核并调控组蛋白H4的乙酰化。Fghat1敲除突变体在生长发育和致病过程中表现正常,但毒素合成存在显著缺陷。敲除FgHATI导致参与DON毒素合成的TRI基因转录水平降低,突变体产毒相关的细胞分化也表现异常。外源添加cAMP可以有效回复突变体的产毒缺陷,表明FgHat1对毒素的调控与cAMP信号通路有关。研究结果表明组蛋白表观修饰和胞内信号通路之间存在联系,这两者的交叉互作对DON毒素合成的精确调控至关重要。     

禾谷镰刀菌营养缺陷型的诱导与特性研究

 利用紫外线、γ射线和亚硝基胍处理禾谷镰刀菌菌株,经菌丝过滤法,获得4株稳定的营养缺陷型。其中1株为精氨酸缺陷型,1株为蛋氨酸缺陷型。比较禾谷镰刀菌营养缺陷型与野生型菌株的培养性状和致病力,表明营养缺陷型菌株生长速度慢,气生菌丝少,色泽淡,产孢能力下降,子囊壳形成能力丧失,致病力变弱。     

河南省假禾谷镰刀菌对咯菌腈的敏感性

由假禾谷镰刀菌Fusarium pseudograminearum引起的小麦茎基腐病已成为重要的土传病害,并且影响小麦的品质和产量。为了明确中国河南省假禾谷镰刀菌对咯菌腈的敏感性,采用菌丝生长速率法测定了咯菌腈对2019年从河南省6个地市分离的105株假禾谷镰刀菌F. pseudograminearum 的敏感性,通过最小显著差异法(LSD)和SPSS聚类方法对测定结果进行了分析,并测定了假禾谷镰刀菌对多菌灵和戊唑醇的敏感性,分析了咯菌腈与这两种杀菌剂毒力的相关性。结果表明:咯菌腈对供试菌株的最低抑制浓度(MIC)为0.2400 μg/mL。敏感性频率分布图显示,EC₅₀值范围在0.0027~0.0470 μg/mL,敏感性差异达17.41倍;敏感性频率分布为连续单峰曲线,平均EC₅₀值为(0.0263 ± 0.0101) μg/mL,可作为假禾谷镰刀菌对咯菌腈的敏感性基线。方差分析结果显示,不同县市的小麦假禾谷镰刀菌对咯菌腈的敏感性差异较大,EC₅₀值变化范围为0.0150~0.0335 μg/mL,其中咯菌腈对郑州中牟的敏感性最低和最高菌株的EC₅₀值相差16.78倍。聚类分析结果显示,河南省小麦茎基腐病菌菌株对咯菌腈敏感性差异与菌株的地理来源无明显关联性。多菌灵和戊唑醇对病菌的平均EC₅₀值分别为 (0.7881 ± 0.3153) μg/mL和(0.0886 ± 0.1453) μg/mL。病菌对咯菌腈与其对多菌灵和戊唑醇的敏感性之间无明显相关性。温室防效结果显示,用咯菌腈悬浮种衣剂对小麦进行拌种处理,2020年 (咯菌腈有效成分为75.0 μg/g)对小麦茎基腐病的防治效果可达58.00%,2021年 (咯菌腈有效成分为50.0 μg/g)的防治效果可达到63.69%。本研究结果可为咯菌腈在小麦茎基腐病防治中的合理使用提供依据,为病原菌对药剂的敏感性监测提供参考。     

苯并噻唑衍生物亚磷酸盐对禾谷镰刀菌的作用机理初探

为了寻找具有更高杀菌活性的化合物,将苯并噻唑衍生物与亚磷酸反应,得到了4个苯并噻唑衍生物的亚磷酸盐,其结构均经IR、NMR及元素分析确证。采用菌丝生长速率法测定了4个亚磷酸盐对禾谷镰刀菌Fusarium graminearum的离体抑菌作用,观察了药剂对菌丝形态的影响,并初步研究了其作用机制。结果表明,4个亚磷酸盐对禾谷镰刀菌均有较好的抑制效果,其抑制中浓度(EC50)在15.236.1μg/mL之间。以100μg/mL的2-氨基-6-甲氧基苯并噻唑亚磷酸盐(D)处理3d后,菌丝表现畸形、膨肿,8d后出现干瘪、塌陷,外壁模糊、粗糙;分别以300μg/mL的4个亚磷酸盐处理后12h内,菌体内还原糖含量明显降低,几丁质酶活性显著升高,可溶性蛋白和N-乙酰葡萄糖胺含量短期内略有上升随后下降。     

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。     

小麦赤霉病菌源种类和禾谷镰刀菌的特性及变异研究综述

小麦赤霉病是由真菌的镰刀菌引起的,其主要菌源种类各国各地有所不同,有禾谷、串珠、燕麦、黄色等镰刀菌。其中以禾谷镰刀茵引起穗腐致病力最强,分布最广。本文着重介绍了禾谷镰刀菌的生物学特性及其生理分化和变异。     

禾谷镰刀菌对苯基吡咯类杀菌剂咯菌腈的抗性机制

由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病是世界小麦生产上的重要真菌病害。为了进一步明确禾谷镰刀菌对苯基吡咯类杀菌剂咯菌腈产生抗性的机制,本文以前期室内通过药剂驯化方式得到的4株禾谷镰刀菌对咯菌腈的高水平抗性突变体(其抗性倍数在318.2～782.9之间)为主要研究材料,采用生物测定及分子生物学等方法开展了禾谷镰刀菌对咯菌腈的抗性机制研究。结果表明：供试禾谷镰刀菌抗咯菌腈突变体对小麦幼穗的致病力降低了约50%,部分菌株(2XZ-4R)甚至完全丧失了对小麦的致病能力;抗性突变体对渗透胁迫(0.5 mol/L NaCl,1.0 mol/L MgCl₂, 1.0 mol/L葡萄糖或1.0 mol/L甘露醇)高度敏感,且菌丝生长抑制率较敏感菌株降低约50%以上,表明其环境适合度显著下降。同时,抗性突变体中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性较敏感菌株均升高2倍以上。分子生物学分析发现,供试抗性突变体中候选靶标基因(FgOs1和FgOs5)的表达量显著下调(P<0.05),推测FgOs1和FgOs5可能参与了禾谷镰刀菌对咯菌腈抗性的形成过程。总之...     

FAC1基因对禾谷镰刀菌的菌丝膨大处细胞核分裂的影响

 与大多数丝状真菌一样,禾谷镰刀菌中也存在依赖cAMP信号调节的蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)信号通路-cAMP-PKA信号通路。前期研究发现,该信号通路在脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol, DON)的合成中扮演着重要角色。FAC1作为cAMP-PKA信号通路上游基因,它的缺失可导致DON无法合成。本研究发现,FAC1的缺失可严重影响DON合成相关基因TRI1在转录水平和翻译水平上的表达。显微观察发现,Tri1定位在细胞核周围,并且与野生型菌株PH-1相比,fac1突变体在产毒培养基内菌丝膨大结构的形成增多。此外,与未膨大菌丝相比,野生型菌株PH-1菌丝膨大结构处细胞核分裂明显增多,该位点多于4个细胞核的比例达到65.4%,而fac1突变体中菌丝膨大结构处核分裂数仅为0~3个,其中0~2个的占90.7%。研究结果表明,在产毒培养基中特有形成的菌丝膨大结构与DON合成之间并没有必然联系, DON毒素的合成应与菌丝膨大结构处细胞核分裂密切相关。     

禾谷镰刀菌侵染引致小麦穗组织细胞壁成分变化的细胞化学研究

 本文采用细胞化学方法, 对健康和禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)侵染的小麦穗组织中细胞壁主要成分进行了比较分析。电镜观察发现, 被侵穗部组织细胞壁中的主要成分如纤维素、木聚糖和果胶质的标记密度下降, 显著低于未接种的健康对照组织。结果表明病菌侵染和扩展过程中分泌产生了纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶等细胞壁降解酶类, 造成寄主细胞壁成分的分解及细胞壁松弛, 从而有利于病菌在寄主穗部组织中的侵染和扩展。     

FgLEU1在禾谷镰刀菌亮氨酸生物合成及产毒致病中起关键作用

为挖掘新型药剂的潜在靶标,利用靶向基因敲除和互补技术研究赤霉病病原菌禾谷镰刀菌Fusarium graminearum中必需氨基酸亮氨酸合成酶编码基因FgLEU1的功能,并测定禾谷镰刀菌的生物学表型。结果表明,FgLEU1编码亮氨酸合成途径中的3-异丙基苹果酸脱水酶,其敲除突变体表现亮氨酸营养缺陷。生物学表型测定结果显示,与野生型菌株相比,FgLEU1敲除突变体的产孢量和孢子萌发率显著下降,产孢量仅为野生型菌株的20.96%,培养4 h后孢子萌发率下降了49.45%,且合成脱氧雪腐镰刀烯醇（呕吐毒素）能力丧失,在麦穗上的致病力下降,仅能侵染接种小穗,赤霉病症状不能扩展。外源添加一定量的亮氨酸、FgLeu1催化产物或导入含启动子的全长FgLEU1基因可以恢复敲除突变体表型缺陷。表明FgLEU1基因在禾谷镰刀菌亮氨酸合成、菌丝孢子形成及产毒致病过程中发挥着重要作用,可作为新型安全杀菌剂的潜在研发靶标,用于持续有效控制麦类赤霉病和镰刀菌毒素。     

禾谷镰刀菌拮抗菌Bacillus amyloliquefaciens AX-3的分离鉴定及拮抗物质的鉴定

禾谷镰刀菌Fusarium graminearum可引起小麦赤霉病,该病严重威胁我国小麦的质量安全。本研究从生物防治的角度出发,分离筛选拮抗菌,研究拮抗菌的拮抗特性和拮抗能力。试验采用系列稀释法和平板对峙法从小麦样品中分离筛选获得禾谷镰刀菌拮抗菌AX-3,根据16S rDNA基因、gyrB基因序列构建的系统发育进化树以及生理生化特性结果,菌株AX-3被鉴定为解淀粉芽胞杆菌Bacillus amyloliquefaciens。通过平板对峙法测定拮抗谱,结果显示AX-3对多种镰刀菌属病原真菌都具有良好的拮抗特性,抑菌圈半径为17~32 mm,表明AX-3具有广谱的拮抗性能。采用柱层析及制备液相色谱法对AX-3中的拮抗物质进行分离纯化,然后使用高分辨质谱及核磁共振的方法对拮抗物质进行结构鉴定表明,解淀粉芽胞杆菌AX-3产生的一种抗菌物质为macrolactin A。     

黄淮麦区假禾谷镰刀菌对3种杀菌剂敏感性测定

以假禾谷镰刀菌Fusarium pseudograminearum为主要病原菌引起的小麦茎基腐病已经成为黄淮麦区的主要小麦病害之一,对小麦生产安全带来严重威胁。为了解假禾谷镰刀菌对氰烯菌酯、戊唑醇和咯菌腈3种杀菌剂的敏感性,采用菌丝生长速率法对采自河南、河北、山东的108株假禾谷镰刀菌进行了室内毒力测定。试验结果表明：氰烯菌酯对假禾谷镰刀菌的EC₅₀为0.088～0.929μg/mL,EC₅₀均值为(0.471±0.181)μg/mL;敏感性分布为连续单峰曲线,经Shapiro-Wilk正态性检验符合正态分布(W=0.988,P=0.437>0.05),所以将所有菌株的EC₅₀平均值0.471μg/mL定为假禾谷镰刀菌对氰烯菌酯的敏感基线;戊唑醇对供试菌株的EC₅₀为0.015～0.961μg/mL,EC₅₀均值为(0.384±0.219)μg/mL,敏感性分布不符合连续单峰的正态分布;咯菌腈对供试菌株的EC₅₀为0.029～0.354μg/mL,E...