核盘菌转录因子SsMCM1原核表达与亚细胞定位

 核盘菌是一类寄主范围广泛的植物病原真菌。MADS-box蛋白家族基因广泛存在于生物体中,参与调控细胞识别、新陈代谢、细胞周期等。核盘菌转录因子SsMCM1调控其子实体形成与致病性。为进一步揭示SsMCM1的作用机制,本研究以核盘菌野生型菌株uf-70的cDNA为模板,扩增得到SsMCM1基因,并与原核表达载体pET-28a(+)连接,构建成重组质粒转化到大肠杆菌BL21(pLysS)表达菌株中,通过IPTG的诱导和亲和层析,纯化得到SsMCM1蛋白,并以此为抗原获得抗血清,完成效价测定。利用特异性抗血清,与核盘菌不同组织蛋白进行特异性的免疫结合,发现其与核盘菌总蛋白、核盘菌细胞质总蛋白均特异性结合,而核盘菌细胞壁蛋白未发现特异性反应,表明SsMCM1不定位于核盘菌细胞壁上。此外,构建其亚细胞定位载体pCG-1301::SsMCM1,并将重组质粒转化到农杆菌中,通过农杆菌的侵染作用进行瞬时表达,发现SsMCM1定位于细胞核中,作为转录因子调控核盘菌的子实体发育与致病性。     

利用酵母双杂交筛选与致病疫霉菌效应蛋白PITG_07586互作的寄主蛋白

 致病疫霉是引起马铃薯晚疫病的病原菌,其分泌的效应蛋白是侵染寄主的重要毒力因子。本研究在致病疫霉转录组中筛选到一个侵染早期表达的效应蛋白基因PITG_07586(GenBank:XM_002904522.1)。该基因全长447 bp,其编码蛋白包含1个信号肽,1个核定位信号序列(RRRRKRRKKKK)。在本氏烟草中,瞬时表达该基因显著促进病原菌侵染。亚细胞定位表明GFP-PITG_07586定位在细胞核中。利用酵母双杂交技术并以PITG_07586为诱饵筛选马铃薯cDNA文库,最终获得3个靶标蛋白。经序列比对分析,这3个靶标蛋白分别是马铃薯POM30蛋白、电压依赖阴离子通道蛋白VDAC以及SRC2类蛋白。研究结果为致病疫霉菌效应蛋白PITG_07586及其靶标蛋白如何调控植物免疫提供重要依据。     

绿色荧光蛋白及其在丝状真菌研究中的应用

绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP) 来源于海洋生物水母(Aequorea victoria),gfp基因作为报告基因已被广泛地应用于丝状真菌生物学研究中。Gfp基因通过与目标基因融合,可进行真菌的蛋白质及细胞器定位、细胞动力学、突变体致病力检测、生态学行为以及与其他生物互作等研究。     

条锈菌效应子Pst30抑制植物的胼胝质和活性氧积累

 条形柄锈菌小麦专化型(Puccinia striiformis f. sp. tritici,Pst)导致的小麦条锈病严重威胁着我国的小麦生产安全。解析病菌的致病机理,对开发病害防控技术与策略具有重要的指导意义。研究发现效应子是病菌重要的致病因子,揭示效应子调控寄主免疫机制可加深对病菌的认知。本课题组前期在全基因组筛选条锈菌效应子中获得了一个候选效应子基因Pst30,该基因所编码的蛋白N-端含有分泌肽,无明显功能结构域。qRT-PCR分析显示Pst30在条锈菌侵染小麦后12 h诱导表达,72 h诱导表达至高峰。利用农杆菌侵染在烟草中瞬时表达Pst30^ΔSP-GFP融合蛋白,发现Pst30^ΔSP定位在细胞质。在烟草中瞬时表达该效应子能够显著抑制Bax诱导的细胞坏死。利用细菌的Ⅲ型分泌系统在小麦中瞬时表达Pst30,能够抑制荧光假单胞杆菌引起的胼胝质积累,导致由无毒性条锈菌小种CYR23引起的小麦过敏性坏死面积和活性氧积累减少,菌丝面积和长度增加。推测小麦条锈菌效应子Pst30可抑制寄主植物的PTI(PAMP-triggered immunity, PTI)和ETI(Effectors-triggered immunity, ETI),促进自身的侵染。     

绿色荧光蛋白基因标记棉花黄萎病菌

以携带有潮霉素抗性筛选标记的pCTHyg载体为骨架,构建了含有增强型绿色荧光蛋白基因sGFP的载体pCH-sGFP,并通过农杆菌介导的遗传转化法导入引起棉花黄萎病的高致病力大丽轮枝菌Vd991,获得了sGFP整合到大丽轮枝菌基因组的转化株。通过转化子荧光信号、生长表型和致病力筛选鉴定,获得了1株与Vd991生长和致病力无显著差异且荧光信号强烈的转化株Vd gfp77。侵染棉花根部试验表明,Vd-gfp77侵染棉花后快速扩展繁殖,子代仍然能发出强烈的荧光信号。本试验绿色荧光蛋白标记大丽轮枝菌的成功构建,为后续大丽轮枝菌侵染棉花过程的组织学和致病机理研究提供了良好的研究材料。     

禾谷炭疽菌CFEM效应子的生物信息学鉴定与转录分析

植物病原真菌效应子是指可以改变寄主植物细胞结构或者细胞功能的分泌蛋白或其他小分子物质。效应子对病原真菌的侵入、扩展以及致病发挥着至关重要的作用,是植物病原真菌与寄主的互作不断演化的必然结果。真菌特有的CFEM(common in several fungal extracellular membrane protein)蛋白对于病原真菌的致病性起重要作用,一些能够被分泌到胞外的CFEM蛋白被证明是病原真菌效应子。由禾谷炭疽菌(Colletotrichum graminicola)引起的玉米炭疽病是玉米上的重要病害,常年造成严重损失。本研究运用生物信息学工具对禾谷炭疽菌中的CFEM蛋白进行信号肽分析和亚细胞定位分析,进而通过转录分析明确禾谷炭疽菌CFEM蛋白的表达时期。分析结果表明,该病原真菌编码32个CFEM蛋白,其中22个具有信号肽并可分泌至胞外,为分泌蛋白。转录分析表明,10个CFEM分泌蛋白于病菌侵染时附着胞形成期表达,2个CFEM分泌蛋白于侵染后的活体寄生阶段表达,1个于死体寄生阶段表达,其余9个CFEM分泌蛋白在病菌侵染时期的3个阶段均稳定表达。结合生物信息学和转录分析结果,我们预测这22个CFEM分泌蛋白为禾谷炭疽菌致病相关的效应子(简称CFEM效应子)。明确禾谷炭疽菌中CFEM蛋白数量,预测病菌致病相关的CFEM效应子组成,可为开展病原真菌CFEM蛋白介导的病菌—寄主互作研究奠定基础,并为玉米炭疽病的防治和抗性育种研究提供参考。     

转DsRed荧光蛋白的新月弯孢Curvularia-lunata菌株构建

本研究通过农杆菌介导转化方法(ATMT),利用DsRed荧光蛋白基因对玉米弯孢叶斑病致病菌新月弯孢进行遗传转化。通过转化子的荧光蛋白基因和潮霉素B抗性基因的PCR检测,菌丝体和分生孢子的荧光观察,hyg基因的Southern杂交验证,以及荧光蛋白基因插入位点的TAIL-PCR分析,确定了DsRed荧光蛋白基因插入与表达对新月弯孢转化子的影响。结果表明:测定的4株转化子基因组中均成功整合了DsRed荧光蛋白目的基因片段;转化子在生长发育和致病性方面与野生型菌株存在一定差异,分别有2株在产孢量方面略高于野生型菌株,4株转化子在纤维素酶活性和粗毒素致病力方面均低于野生型菌株,有3株转化子在果胶酶活性上较野生型菌株有提高,1株转化子的致病力显著低于野生型菌株;获得其中3个转化子插入位点的侧翼序列。     

小麦条锈菌细胞质效应子Hasp8抑制植物基础免疫

为明确小麦条锈菌Puccinia striiformis f. sp. tritici效应子Hasp8的功能,以小麦条锈菌CYR31侵染水源11小麦叶片的cDNA为模板,通过PCR技术扩增获得Hasp8基因的完整编码区序列,采用qRTPCR技术测定Hasp8基因的表达情况,利用农杆菌介导马铃薯X病毒(potato virus X,PVX)瞬时表达体系在烟草上验证Hasp8基因是否能够抑制由Bax蛋白诱导的细胞坏死,将Hasp8基因构建到pCAMBIA1302载体用于在烟草上瞬时表达Hasp8进行亚细胞定位以明确该效应蛋白的作用空间;并将Hasp8基因构建到p EDV6载体上用于荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens介导的瞬时表达系统以明确该效应蛋白是否能够抑制病原相关分子模式引发的免疫反应和效应蛋白诱导的免疫反应。结果表明,Hasp8基因编码117个氨基酸,N端含22 aa的信号肽;qRT-PCR结果显示,Hasp8基因在小麦条锈菌CYR31侵染小麦水源11的早期上调表达。烟草瞬时表达Hasp8基因能够抑制由Bax诱导的细胞坏死;烟草上亚细胞定位发现效应子Hasp8定位于细胞质和细胞核;荧光假单胞菌介导的抑制植物免疫试验结果显示效应子Hasp8能够抑制由荧光假单胞菌诱导的胼胝质积累,并且抑制由小麦条锈菌无毒性生理小种CYR23引起的过敏性坏死和活性氧积累,促进病菌的侵染,菌丝面积和菌丝长度增加。     

向日葵核盘菌菌饼打取位置以及继代次数对其生物学特性和致病力的影响

在向日葵核盘菌培养中,采用不同继代次数和打取不同位置的菌饼对其生物学特性和致病力的影响进行了研究。结果表明,在距离接种中心最远处4.5cm处打取的核盘菌菌饼,其生长速率最快,草酸分泌量最高(94.54μg/mg),多聚半乳糖醛酸酶活性最高(29.15 U/mg),且致病力最强(病斑直径1.79 cm)。同时,通过比较核盘菌培养继代次数对致病力的影响,发现当继代次数超过15次后,其致病力显著降低。     

野油菜黄单胞菌AvrXccE1是一个毒性/无毒性双功能Ⅲ型效应蛋白

植物病原细菌通过III型分泌系统将大量的效应蛋白分泌到宿主细胞内,从而抑制宿主的先天免疫。效应蛋白Avr Xcc E1广泛存在于黄单胞菌中,然而关于Avr Xcc E1具体的作用机理尚不清楚。本研究利用野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)和拟南芥互作模式系统,发现来自Xcc8004菌株的效应蛋白Avr Xcc E1对于Xcc8004在拟南芥上的全毒性是必须的,并且Avr Xcc E1可以抑制病原细菌鞭毛蛋白Flg22诱导的FRK1(Flg22-induced receptor-like kinase)基因表达,但并不抑制Flg22诱导的M AP激酶活性。通过Avr Xcc E1与GFP蛋白的融合表达,证实效应蛋白Avr Xcc E1定位在细胞膜上,并且细胞膜定位对于Avr Xcc E1在拟南芥上发挥毒性功能和在大白菜品种"中白83"上发挥无毒功能是必须的。     

Transformation of Sclerotinia sclerotiorum with the green fluorescent protein gene and fluorescence of hyphae in four inoculated hosts

To obtain a genetic marker to observe and study the interaction of Sclerotinia sclerotiorum with its hosts, isolates ND30 and ND21 were transformed using pCT74 and gGFP constructs, both containing genes for the green fluorescent protein (GFP) and hygromycin B phosphotransferase. Putative transformants were obtained using polyethylene glycol-mediated transformation of protoplasts. Seven stable gfp transformants were identified and evaluated for fluorescence in vitro and in planta , pathogenicity and colonization of host tissues. Real-time quantitative polymerase chain reaction detected a single copy of the gfp gene in transformants. Fluorescence was quantified directly from mycelium and protein extracted from hyphae. The seven transformants (four from ND30 and three from ND21) were pathogenic on dry bean, canola, soybean and sunflower. However, depending on the host, three transformants differed significantly ( P  = 0·05) in the length of lesions formed compared to the wild-type. Hyphae fluoresced in plant tissue and could clearly be distinguished from plant cells. Infection and colonization of tissues were clearly visible with a fluorescent microscope. Transformants differed in the intensity of GFP expression both in vitro and in planta .     

辣椒胶孢炭疽菌遗传转化体系的建立

由辣椒胶孢炭疽菌Colletotrichum gloeosporioides导致的辣椒炭疽病是辣椒生产上最为严重的真菌病害之一。本文以辣椒胶孢炭疽菌CSLL11为供试菌株,采用PEG-CaCl_2介导的原生质体转化法,将含有潮霉素B抗性基因和eGFP表达基因的DNA片段成功转入辣椒胶孢炭疽菌的原生质体中,获得了稳定表达绿色荧光的转化子,从而成功建立了辣椒胶孢炭疽菌的遗传转化体系。试验结果表明,可有效筛选阳性转化子的潮霉素B浓度为500 mg/L;PCR及Southern blot结果显示,eGFP表达基因已单拷贝整合至辣椒胶孢炭疽菌转化子的基因组中;使用荧光显微镜观察第一代及继代培养后的转化子,菌丝与分生孢子均表现出强烈的绿色荧光信号,说明GFP能在转化子中稳定遗传;将转化子与野生型菌株相比,菌落形态、生长速率及致病力水平无明显差异。本研究建立了辣椒胶孢炭疽菌遗传转化体系并获得了稳定表达绿色荧光蛋白的转化子,对辣椒炭疽菌与寄主互作的研究及病害防治具有重要意义。     

葡萄霜霉菌候选效应子RXLR5信号肽的鉴定

利用Getorf、SignalP 3.0、BLASTP等生物信息学软件和PERL语言从葡萄霜霉菌基因组中预测到一条编码RXLR-EER结构域的效应蛋白候选基因,将该基因编码的蛋白命名为RXLR5。将RXLR5信号肽SP5编码序列连接到pSUC2T7M13ORI载体并转化到酵母蔗糖酶缺陷菌株YTK12后,重组菌株能成功分泌蔗糖酶,促使棉籽糖分解成单糖,因此,能在YPRAA培养基上正常生长;同时生成的单糖能与TTC反应产生红色不溶于水的氯化三苯基四氮唑。由此推测,SP5具有信号肽活性,可能在RXLR5从葡萄霜霉菌细胞内泌到胞外的过程中起重要作用。     

香梨果萼黑斑病菌Alternaria alternata遗传转化体系的建立及GFP标记菌株的获得

 为建立香梨果萼黑斑病菌链格孢(Alternaria alternata)的原生质体遗传转化体系,本实验以香梨果萼黑斑病菌强致病性菌株LI1为供试材料,研究菌龄、酶系统、酶解时间等对链格孢菌原生质体制备的影响。链格孢菌菌丝在CM液体培养基中培养20 h,以0.7 mol·L^-1 NaCl为稳渗剂,1%裂解酶+1%崩溃酶+1%蜗牛酶的酶液组合下,28 ℃酶解4 h,原生质体制备效率最高。通过PEG/CaCl₂介导法将含有潮霉素B抗性基因和绿色荧光蛋白基因的质粒转入链格孢菌LI1,转化子生长表型及外源基因的PCR鉴定结果表明抗性基因已成功整合到香梨果萼黑斑病菌中。成功建立了香梨果萼黑斑病菌链格孢菌的原生质体遗传转化体系,并成功获得GFP标记菌株,为病原菌侵染定殖过程及致病机制研究奠定了基础。     

增强型绿色荧光蛋白基因转化大豆疫霉菌及其表达

为了探讨大豆疫霉菌Phytophthora sojae的侵染过程及其在土壤中的生态学,采用CaCl2-PEG介导的原生质体转化方法,将外源增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)基因转化到大豆疫霉菌中,观察EGFP基因在大豆疫霉菌不同生育时期的表达,对转化子中的EG-FP基因进行PCR检测,并对转化子的生长、发育及致病性进行测定。结果显示,EGFP基因能够在大豆疫霉菌菌丝、游动孢子囊和卵孢子中稳定表达,并在475 nm蓝光激发下发出绿色荧光;转化子的菌丝生长速率与野生型无显著差异,个别转化子在无性繁殖和有性生殖方面与野生型有显著或极显著差异,其中一个转化子的致病型发生了改变。研究表明获得的EGFP基因转化子可以作为研究大豆疫霉菌侵染及定殖的材料。     

苜蓿轮枝菌的生物学特性分析及ATMT遗传转化体系的建立

 为了揭示苜蓿轮枝菌Verticillium alfalfae的生物学特性及其致病机理,在室内条件下测定不同温度、pH值、碳源和氮源对菌株Ms198的生长速率和产孢量的影响,同时利用农杆菌转化法(Agrobactirium tumfacience-mediated transformant,ATMT)将带有潮霉素(Hygromycin,Hyg)抗性标记和绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)报告基因的双元载体转入苜蓿轮枝菌的分生孢子,获得147株阳性转化子,以野生型菌株为对照,对挑取的15株阳性转化子的菌落形态、生长速率、产孢量、孢子萌发率、粗毒素分泌量和致病力进行研究。结果表明,苜蓿轮枝菌具有较宽的温度和酸碱度适应范围,最适生长和产孢温度分别为25 ℃和20 ℃,最适生长pH值为6 ~ 9,最适产孢pH值为9。可以利用多种碳、氮源,最适生长的碳、氮源分别为可溶性淀粉和牛肉膏,最适产孢的碳、氮源分别为D-牛乳糖和胰蛋白胨。与野生型菌株相比,15株供试转化子中有66.67%的转化子在菌落形态方面与野生型菌株无明显差别,而其生长速率、产孢量和孢子萌发率均有不同程度的降低。在产毒能力和致病力方面,1株转化子的粗毒素分泌量显著高于野生型菌株,9株显著低于野生型菌株,其余5株与野生型菌株无显著差异;4株转化子的致病力显著低于野生型菌株,其余11株转化子的致病力与野生型菌株均无显著差异。研究结果表明,转化子的生物学特性以及产毒能力和致病力,随外源基因插入位点的随机性而有所变化。     

Microscopic analysis of the effect of azoxystrobin treatments on Mycosphaerella graminicola infection using green fluorescent protein (GFP)‐expressing transformants

Green fluorescent protein (GFP)‐expressing transformants were used to investigate the effects of strobilurin fungicide azoxystrobin on Mycosphaerella graminicola infection. Azoxystrobin treatments (125 or 250 g AI ha^?1) were applied at various stages of the infection process under controlled conditions. GFP transformants showed conserved in vitro sensitivity to azoxystrobin and pathogenicity. Azoxystrobin controlled over 90% of M graminicola infections when applied before or during penetration of the pathogen (15% of the incubation phase). Azoxystrobin also impaired the growth of intercellular hyphae in M graminicola post‐penetration infection stages when applied at up to 50% of the incubation phase. Incubating infections observed in treated leaves were viable, but their growth was impaired and they did not induce necrosis under controlled conditions. Reduction by half of azoxystrobin dosage had little or no effect on azoxystrobin efficiency in controlling M graminicola. The contribution of post‐penetration fungistatic effect to azoxystrobin curative properties toward M graminicola in a field situation is discussed. © 2001 Society of Chemical Industry     

茎基腐亚洲镰孢菌侵染抗感小麦品种的组织病理学观察

小麦茎基腐是由多种镰孢菌侵染的世界性土传病害,亚洲镰孢菌(Fusarium asiaticum)是我国冬小麦主产区茎基腐镰孢菌的优势种群,对小麦生产造成巨大损失。本研究利用绿色荧光蛋白报告基因标记亚洲镰孢菌,研究其侵染抗感小麦的病理组织学过程,建立了茎基腐病菌与寄主互作的直观性的研究体系,对病害防治及抗病育种具有重要意义。基于PEG-CaCl_2介导原生质体转化法将gfp导入亚洲镰孢菌株CF0915,对转化子进行荧光表达、PCR验证、遗传稳定性、生长特性及致病力分析,选取与野生型表现相近的转化子进行侵染分析。结果表明,绿色荧光蛋白基因(gfp)与潮霉素基因(hyg)PCR扩增表明gfp已整合入真菌基因组中,转化子菌丝与分生孢子表现强烈绿色荧光信号,gfp能够在转化子中稳定遗传,菌落形态、生长速度及致病力与野生型菌株无显著差异;将gfp标记病菌分生孢子接种感病品种1 d后,大量孢子附着于根毛及根表皮细胞开始萌发,接种2 d后观察到抗性品种分生孢子萌发;感病品种接种3 d后,菌丝直接侵入表皮细胞或沿表皮细胞间层定殖生长,扩展至皮层组织,8 d后菌丝从根部迅速扩展至茎基部,至第10 d大量菌丝充塞根皮层细胞,叶鞘维管束也被菌丝侵染,并产生大量大型分生孢子,植株表现褐色病斑,14 d后根部及茎维管束被大量菌丝体填充,而后产生大量厚垣孢子,至25 d大部分感病品种幼苗萎蔫死亡;与感病品种相比,抗性品种在整个侵染过程中表现时间滞后。本研究对引起茎基腐病的亚洲镰孢菌侵染小麦的组织学过程观察,为病菌致病机理的阐释及抗病资源的利用提供了重要理论依据。