禾谷镰刀菌内吞蛋白FgSyp1的功能研究

内吞作用在细胞的营养吸收和信号转导过程中起重要作用。在真核生物中Syp1和Ede1是网格蛋白介导内吞的早期蛋白成员。禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)引起的小麦赤霉病严重影响小麦产量和品质。禾谷镰刀菌含有酿酒酵母SYP1的一个同源基因FgSYP1。酵母双杂交表明禾谷镰刀菌FgSyp1与FgEde1存在互作关系。利用同源重组的方法得到ΔSyp1突变体和ΔΔSyp1/Ede1双敲突变体,通过生长、产孢和致病性等实验测定禾谷镰刀菌FgSyp1功能。研究表明FgSyp1在禾谷镰刀菌菌丝生长、无性生殖和致病性发挥重要作用,ΔΔSyp1/Ede1双敲突变体在无性和有性生殖方面表现出比ΔSyp1突变体更显著的效果。     

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...     

温度对假禾谷镰刀菌生长、侵染及茎基腐病发生的影响

研究温度对小麦茎基腐病发生的影响,可为病害的发生规律和生态防控措施的研究提供依据。本研究测定了温度对假禾谷镰刀菌菌丝生长、孢子萌发、对寄主小麦侵染以及在植株体内扩展的影响,结果表明,假禾谷镰刀菌菌丝生长的温度范围为4℃～30℃,其中28℃最适于菌丝的生长,孢子萌发的温度范围为4℃～35℃,其中12℃～30℃较适宜分生孢子萌发,17℃～28℃为假禾谷镰刀菌侵染小麦的适宜温度范围,假禾谷镰刀菌在小麦植株体内扩展的适宜温度范围在22℃～30℃;通过不同温度培养试验以及田间小麦不同生育期接种试验测定温度对小麦茎基腐病发生的影响,结果表明,播种期、起身期接种的小麦茎基腐病发生高于越冬苗期接种处理,而此期的温度较越冬苗期利于假禾谷镰刀菌的侵染和小麦茎基腐病的发生。     

温度对假禾谷镰刀菌生长、侵染及茎基腐病发生的影响

 研究温度对小麦茎基腐病发生的影响,可为病害的发生规律和生态防控措施的研究提供依据。本研究测定了温度对假禾谷镰刀菌菌丝生长、孢子萌发、对寄主小麦侵染以及在植株体内扩展的影响,结果表明,假禾谷镰刀菌菌丝生长的温度范围为4℃~30℃,其中28℃最适于菌丝的生长,孢子萌发的温度范围为4℃~35℃,其中12℃~30℃较适宜分生孢子萌发,17℃~28℃为假禾谷镰刀菌侵染小麦的适宜温度范围,假禾谷镰刀菌在小麦植株体内扩展的适宜温度范围在22℃~30℃;通过不同温度培养试验以及田间小麦不同生育期接种试验测定温度对小麦茎基腐病发生的影响,结果表明,播种期、起身期接种的小麦茎基腐病发生高于越冬苗期接种处理,而此期的温度较越冬苗期利于假禾谷镰刀菌的侵染和小麦茎基腐病的发生。     

镰刀菌对大蒜根系分泌物的敏感性与其致病力相关分析

试验采用菌丝生长速率法测定了大蒜根系分泌物对3种供试植物病原镰刀菌的抑菌活性, 并进一步分析了18株从腐烂蒜瓣上分离的尖孢镰刀菌和12株从小麦赤霉病样分离的禾谷镰刀菌对大蒜根系分泌物的敏感性及致病力之间的关系。研究结果表明, 大蒜根系分泌物对供试镰刀菌均具有抑制活性, 但从腐烂蒜瓣上分离的尖孢镰刀菌对根系分泌物的敏感性低于其他菌株。致病力分析结果表明, 供试的18株尖孢镰刀菌均能使蒜瓣发病, 但致病力与其对根系分泌物的敏感性无明显相关性; 供试的禾谷镰刀菌中对根系分泌物不敏感的4株菌株能侵染蒜瓣, 但敏感性高的菌株不能侵染蒜瓣, 且根系分泌物对禾谷镰刀菌的抑制率与禾谷镰刀菌致病力之间呈显著的负相关。这表明大蒜根系分泌抑菌物质是根系抵御镰刀菌侵染的重要机制, 但一些菌株能对根系分泌物产生抗性, 从而侵染大蒜。综上所述, 大蒜根系分泌物对镰刀菌具有抑制活性, 可以利用大蒜和其他作物间作或轮作控制镰刀菌枯萎病的发生和蔓延, 但长期利用大蒜轮作或间作控制土传病害可能面临镰刀菌对大蒜根系分泌物产生抗性, 导致防效降低的风险。     

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。     

河南省假禾谷镰刀菌对多菌灵的敏感性

主要由假禾谷镰刀菌引起的小麦茎基腐病已蔓延成为黄淮麦区的主要病害,对小麦的稳产、高产带来极大威胁.为了解河南省假禾谷镰刀菌对多菌灵的敏感性,采用菌丝生长速率法测定了多菌灵对2019年从河南省8个地市分离的90株假禾谷镰刀菌的毒力;分别通过方差分析法及聚类分析法对测定结果进行了分析,并研究了多菌灵与戊唑醇和咯菌腈对病菌毒...     

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Fgβ2 S138A对多菌灵和噻菌灵敏感性的影响

由禾谷镰刀菌Fusarium graminearum引起的小麦赤霉病（Fusarium head blight,FHB）是小麦、大麦、燕麦、黑麦等禾谷类作物的毁灭性病害。目前,生产上防治小麦赤霉病主要依靠化学药剂防治,多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂使用较为广泛,其作用靶标为β微管蛋白。禾谷镰刀菌有2个β微管蛋白,通过分子对接结果发现β2微管蛋白第138位氨基酸位点可能为多菌灵结合位点。本研究对β2第138位丝氨酸位点进行突变研究,以明晰其生物学功能。结果表明Fgβ2S138A突变后禾谷镰刀菌对多菌灵的敏感性显著增加,EC50值由0.617 mg/L降至0.290 mg/L,但不影响对噻菌灵的敏感性,EC50值为0.950 mg/L左右,并且该突变不影响禾谷镰刀菌菌丝营养生长、无性繁殖、有性生殖和致病性。本研究结果可为多菌灵对小麦赤霉病的化学防治提供理论基础,在生产上具有一定指导意义。     

大丽轮枝菌JR2特异的乙醇脱氢酶的生物学功能研究

大丽轮枝菌是世界范围的植物病原真菌，能够侵染660多种植物，可造成严重的经济损失。大丽轮枝菌基因组分析发现不同菌株含有菌株特异基因，但是大部分基因的生物学功能还不清楚。本研究通过比较大丽轮枝菌VdLs17和JR2的基因组鉴定出1个JR2菌株特异性基因Chr6g02370,该基因编码乙醇脱氢酶，且在侵染过程中被诱导表达。敲除突变体的乙醇脱氢酶酶活性显著降低，但对乙醇等碳源的利用能力并未受到影响。敲除突变体对烟草和番茄的致病力显著降低。表型分析表明敲除该基因降低了黑色素合成能力，但不影响菌丝生长和产孢。研究结果丰富了人们对大丽轮枝菌菌株特异基因生物学功能的认识，为深入开展其功能基因组学研究提供了遗传材料。     

FocVel2基因对黄瓜枯萎病菌丝生长及毒力的影响

 由尖孢镰孢菌黄瓜专化型引起的黄瓜枯萎病是世界黄瓜生产上的一种毁灭性病害。本研究鉴定了尖孢镰孢菌黄瓜专化型丝绒蛋白的一个同源基因FocVel2,利用基因敲除和互补的方法研究该基因的功能。敲除突变体菌株ΔFocVel2出现明显的表型变化,包括菌落生长速率降低和产孢量降低,并且敲除突变株对黄瓜幼苗毒力明显减弱,回补突变体菌株能够恢复敲除突变体ΔFocVel2的所有缺陷。总之,研究结果发现丝绒蛋白基因FocVel2在菌体无性繁殖以及侵染过程中起到重要作用。     

FpStuA参与假禾谷镰孢的产孢和致病性

 假禾谷镰孢是一种土传真菌,其引起的小麦茎基腐病已成为威胁我国小麦生产的重要病害。APSES蛋白是真菌中保守存在的一类转录因子,参与多种细胞生理过程。本研究,我们在假禾谷镰孢中鉴定到StuA同源蛋白FpStuA。qRT-PCR分析发现FpStuA在假禾谷镰孢分生孢子和侵染阶段诱导表达。通过PEG介导的原生质体转化方法获得3个FpStuA基因缺失的突变体。与假禾谷镰孢野生型菌株相比,Δfpstua突变体的生长速度明显减慢,气生菌丝减少;分生孢子的产生比野生型减少70%,且Δfpstua突变体分生孢子变短、分隔减少;Δfpstua突变体对大麦叶片、小麦胚芽鞘和小麦根的致病性均显著降低,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)合成明显减少。综上结果,转录因子FpStuA对假禾谷镰孢的生长、产孢和致病性都非常重要。     

禾谷镰刀菌-玉米互作根系分泌物组分的鉴定及其抑菌活性分析

为明确禾谷镰刀菌Fusarium graminearum侵染对玉米根系分泌物的影响,利用液相色谱-质谱（liquid chromatograph-mass spectrometer,LC-MS）联用技术和非靶向代谢组学分析手段鉴定侵染样品中的差异组分,并对差异组分的抑菌效果进行分析。结果表明,禾谷镰刀菌侵染后,玉米根系分泌物中共有34种组分发生差异表达,主要包括有机杂环化合物、苯类和有机氧化合物等,其中尼氟酸、咖啡酸乙酯、4-甲基-3-硝基苯甲酸和乙酸香兰素酯这4种组分对禾谷镰刀菌具有明显的抑制效果,以尼氟酸的抑菌效果最好,浓度为100 μg/mL时其对禾谷镰刀菌产孢量和3 h孢子萌发的抑制率分别达到96.0%和87.0%。此外,乙酸香兰素酯能使禾谷镰刀菌菌丝产生大量活性氧;而尼氟酸和4-甲基-3-硝基苯甲酸不仅诱导禾谷镰刀菌孢子产生大量活性氧,还引起菌丝和孢子的细胞坏死。表明筛选出的这4种抑菌组分可作为防治玉米茎基腐病的潜在资源。     

江苏麦类禾谷镰刀菌变异性的研究

1980～1981年选取代表江苏不同地区引致麦类赤霉病的禾谷镰刀菌野生型和培养型菌株17个,并人工移植1～3次后,观察培养性状的变化;同时分别接种感病小麦品种“矮秆早”,观察致病性的变化,以分析病菌的变异性。结果证明:江苏极大多数禾谷镰刀菌菌株的野生型经人工移植三次后,无论是培养性状和致病力都发生了改变。一般表现力生长速度减慢,产孢数量变少,产孢速度变慢,分生孢子变小,分生孢子分隔数减少,不易产生分生孢子或不产孢,不易形成子囊壳或不产生子囊壳而产生粘孢团,以及致病力减弱。但是,只有少数菌株的变异特别明显。以上结果说明禾谷镰刀菌菌株中存在有变异现象,但不同菌株并不一致,培养性状变异与致病力强弱变异间的关系也可能因菌株而异。至于禾谷镰刀菌在无性培养中发生变异的原因还有待进一步研究。