基于转录组分析的哈茨木霉thga3基因功能研究

哈茨木霉Trichoderma harzianum Th-33的Ⅲ型Gα亚基Thga3可能参与调控木霉菌的生长、产孢、几丁质酶活性、疏水性等生物学过程。为进一步明确其功能,本研究采用Hiseq2500（Illumina）测序平台,对野生菌Th-33和thga3基因敲除突变株△thga3进行转录组测序,分析其G蛋白信号系统、细胞壁降解酶类和产孢相关基因的差异表达。与野生菌相比,△thga3有3个G蛋白偶联受体基因发生下调表达,3个几丁质酶基因以及产孢调控基因brlA下调表达,1个G蛋白信号调控蛋白RGS1上调表达。推测thga3可能通过调控brlA的表达正调控产孢;通过调控疏水蛋白基因Tha_09745的表达调控菌丝疏水性。此外,通过调控几丁质酶基因的表达、G蛋白信号网络中其他蛋白的表达,影响菌株的拮抗和重寄生能力以及其他生物学特性。本研究为进一步探索G蛋白信号途径调控木霉菌生防特性及其机制奠定了基础。     

哈茨木霉Thga1基因敲除突变株对几种植物病原真菌的离体拮抗作用

Thga1是哈茨木霉Th-33的1种I型G蛋白α亚基基因(GenBank JN874387)。本文针对前期研究获得的2株基因Thga1敲除突变株ΔThga1 1-1和ΔThga1 10-1,通过平皿对峙培养分析其对立枯丝核菌、辣椒疫霉菌和尖孢镰刀菌的拮抗作用,研究了突变株产生的挥发性代谢物和非挥发性代谢物对上述3种病原菌生长的影响和对立枯丝核菌的重寄生作用的光学显微镜观察。结果表明,与野生型Th-33相比,基因敲除突变株ΔThga1 1-1和ΔThga1 10-1对病原菌的拮抗作用显著下降,不能对3种病原菌菌落进行覆盖和寄生;突变株产生的挥发性代谢产物对病原菌生长的抑制率显著低于野生菌Th-33,2株突变株对立枯丝核菌、辣椒疫霉和尖孢镰刀菌生长的抑制率分别降低了50%~57%、43%~58%和58%~63%,且突变株之间差异不显著;突变株产生的非挥发性代谢产物对病原菌生长的抑制作用中,除突变株ΔThga1 1-1对立枯丝核菌的抑制作用与野生菌相比差异不显著外,均显著低于野生菌Th-33,突变株ΔThga1 1-1和ΔThga110-1对3种病原菌的抑制率分别降低了8%~25%、23%~56%和38%~50%。显微观察发现,野生菌Th-33菌丝能够缠绕、附着、穿透和裂解立枯丝核菌菌丝,但突变株菌丝对立枯丝核菌菌丝没有发现类似作用。上述结果表明,Thga1基因影响了哈茨木霉菌的拮抗、次级代谢和重寄生等作用。     

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。     

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。     

转录因子FoSwi6调控香蕉枯萎病菌的生理特性和致病性

 香蕉枯萎病菌 (Fusarium oxysporum f. sp. cubense) 是威胁香蕉生产的重要土传病原真菌。为了解析该病原菌的致病机理和探索新的防治途径,本研究利用同源重组的方法获得了转录因子FoSwi6的敲除突变体菌株,与野生种菌株相比,敲除突变体菌株 ΔFoSwi6表现为生长缓慢、气生菌丝显著减少且部分菌丝膨大畸形、产孢量降低、对H₂O₂过敏感、镰刀菌酸合成相关基因FoFUB4的表达量下调及致病性减弱。由此表明, FoSwi6 参与调控香蕉枯萎病菌的生理特性和致病性。     

MrXrn1基因参与调控罗伯茨绿僵菌的产孢和致病

本研究以罗伯茨绿僵菌为研究对象,针对5'-3'核糖核酸外切酶基因（MrXrn1,MAA_09154,5'-3'exoribonuclease 1）,利用农杆菌介导的同源重组方法进行基因敲除。对获得的MrXrn1基因敲除株（ΔMrXrn1）与野生型进行表型分析结果发现,与野生型相比,ΔMrXrn1的营养生长无明显变化,而产孢能力显著下降,其中产孢量降低了75.75%;以大蜡螟为试虫的体壁侵染毒力分析显示ΔMrXrn1的毒力显著减少,也即半致死时间（LT₅₀：9.16 d）显著长于野生型的（5.96 d）,但注射接种情况下不同菌株的毒力无差异;进一步的研究表明ΔMrXrn1的附着孢形成率降低了43.58%。这些结果说明MrXrn1基因对绿僵菌的产孢及毒力起着重要的调控作用。本研究为进一步有效提高真菌杀虫剂的生防效果提供了基础。     

粉红螺旋聚孢霉67-1短链脱氢酶基因CrSdr功能研究

本研究从实验室前期构建的粉红螺旋聚孢霉67-1寄生核盘菌转录组中获得1个差异表达的短链脱氢酶编码基因CrSdr。实时荧光PCR定量监测显示,菌核诱导下24 h时CrSdr基因的表达水平提高4倍。通过基因敲除与回补研究其功能结果表明,CrSdr敲除后对菌株的生长没有影响,但产孢量比野生菌株提高了43.2%,并且对NaCl、KCl和山梨醇引起的渗透压胁迫更为敏感。敲除突变株对番茄灰霉病菌、大豆菌核病菌和黄瓜枯萎病菌的拮抗作用明显减弱（P<0.05）,对核盘菌菌核的寄生能力由野生型菌株的4级降为2级,温室对菌核病的防效降低了50.5%,基因回补后生防作用恢复,表明短链脱氢酶基因在粉红螺旋聚孢霉寄生及生防过程中起着重要的作用。本研究将为揭示粉红螺旋聚孢霉菌寄生机制奠定基础,并对高效植病生防真菌菌剂的研发具有一定的指导意义。     

草莓多主棒孢霉小柱孢酮脱水酶基因CcSCD1的功能研究

 多主棒孢霉(Corynespora cassiicola)是世界范围内重要的植物病原真菌,其引起的草莓棒孢霉叶斑病对草莓产业的健康发展具有潜在威胁。小柱孢酮脱水酶(scytalone dehydratase,SCD)是真菌多聚二羟萘类(DHN)黑色素生物合成途径中的关键酶,在植物病原菌致病过程中发挥重要作用。本研究通过同源重组的方法获得了草莓多主棒孢霉小柱孢酮脱水酶基因(CcSCD1)的敲除突变体,并进行了回补和RT-PCR验证。与野生型相比,敲除突变体△CcSCD1-2表现为菌落无色素沉积、菌丝稀疏、产孢量显著下降、分生孢子无色较小以及致病力明显减弱。结果表明,CcSCD1参与调控多主棒孢霉的黑色素生物合成、营养生长、分生孢子产量及致病力。     

稻曲病菌bZIP转录因子UvbZIP12的功能研究

 稻曲病是由稻绿核菌(Ustilaginoidea virens)侵染水稻穗部引起的真菌病害,严重影响稻米的产量和品质。bZIP转录因子参与多种植物病原菌的生长发育和致病过程。稻曲病菌中有28个bZIP转录因子,但其具体功能尚未被研究。本研究对bZIP转录因子UvbZIP12在稻曲病菌生长发育和致病过程中的功能进行分析。稻曲病菌接种水稻后,UvbZIP12基因表达量逐渐升高,在接种后3 d和5 d时具有最高表达量。对UvbZIP12基因的敲除转化子分析发现,敲除转化子ΔUvbZIP12在PSA、PDA、YTD培养基上生长速率显著加快,菌丝干重显著增加;产孢量减少;对NaCl和sorbitol的耐受性增强,对SDS、CR、CFW和H₂O₂的耐受性减弱;对水稻的致病力无明显变化。结果表明,稻曲病菌UvbZIP12参与调控生长发育和对非生物胁迫的耐受性,但不参与致病。     

ABC转运蛋白BcAtm1参与灰葡萄孢分生孢子萌发及对寄主植物的侵染

 灰葡萄孢 (Botrytis cinerea)引起的灰霉病可在200多种植物上发生,每年造成全世界高达近千亿美元的损失。Atm1是一种在真核生物中进化保守的线粒体内膜ABC转运蛋白,主要通过向细胞质转运Fe/S簇参与维持细胞的正常生命活动,但Atm1在病原菌致病过程中的作用至今仍不清楚。本研究筛选到一株灰葡萄孢ATM1被T-DNA标记的致病缺陷突变体,并在野生型中对该基因实施了敲除。表型分析发现,突变体ΔBcatm1的分生孢子萌发缓慢且不同步,培养4 h的萌发率只有10%(野生型超过90%),直到12 h,萌发率才接近90%;突变体菌丝生长速度减慢,只能达到野生型水平的67%;菜豆成熟叶片离体接种实验显示,突变体ΔBcatm1基本丧失了致病能力,侵入寄主后只能在接种点附近引发微小的病斑,病斑面积只能达到野生型的10%左右。将完整的BcATM1基因重新导入突变体ΔBcatm1可以完全或部分恢复上述异常表型。本研究结果表明BcATM1是一个关键的致病相关基因,参与了灰葡萄孢分生孢子的萌发、菌丝生长及侵染寄主等过程。     

尖孢镰刀菌F-1对草莓灰霉病防控效果及机制初探

草莓灰霉病是草莓种植期间和采后主要真菌性病害,严重影响草莓的产量和品质。本研究通过离体试验对比了水杨酸、哈茨木霉、尖孢镰刀菌菌株F-1和F-2防治草莓果实灰霉病发生的效果,发现非致病性尖孢镰刀菌菌株F-1具有良好的防治效果。田间防效测定结果显示,F-1对草莓灰霉病的防治效果达到了70.06%,与400 g/L嘧霉胺悬浮剂的1000倍稀释液的防效相当。进而探讨了该菌防控草莓灰霉病发生的机制,结果表明该菌株的发酵液能降低灰霉病菌丝的粘附性,对灰葡萄孢孢子萌发的抑制率为19.8%,且能诱导提高草莓过氧化氢酶和过氧化物酶的活性。F-1的孢子能有效提高草莓超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性,同时接种F-1孢子和发酵液则能最高限度地提高草莓过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性,最高值分别达到13.6、158.9和269 U/g。     

江苏水稻旱育秧“黄枯”病原鉴定及致病力研究

 从江苏13个市采集肥床旱育秧"黄枯"标本1030份,分离后获784株菌。经鉴定和致病性测定,752株为致病菌,分属4属11种真菌:(1)镰孢属(Fusarium),占74.0%,有6个种,分别为禾谷镰孢(F.graminearum Schw.)、尖孢镰孢(F.oxysporum Schlecht.)、木贼镰孢[F.equiseti (Corda) Sacc.]、串珠镰孢(F.moniliforme Sheld.)、半裸镰孢(F.semitectum Berk.et Rav.)和雪腐镰孢[F.nivale (Fr.) Ces.],其中禾谷镰孢最多,占病菌总数的25.3%;其次是尖孢镰孢、木贼镰孢和串珠镰孢,分别占16.2%、13.3%和10.2%;而雪腐镰孢仅占1.1%。(2)丝核属(Rhizoctonia),有立枯丝核(R.solaniKühn),占14.6%。(3)平脐蠕孢属(Bipolaris),占7.4%,主要是麦根腐平脐蠕孢[B.sorokiniana (Sacc.) Shoem.],占7.0%,而稻平脐蠕孢[B.oryzae (Breda.de Haan) Shoem.]仅为0.4%。(4)腐霉属(Pythium),占4.0%,有瓜果腐霉[P.aphanidermatum (Eds.) Fitzp.]和链状腐霉(P.catenulatum Matth.)。病菌种类及其比例因地区和苗床土类型的不同存在一定差异。接种试验表明,不同病菌致病力和引起的症状类型差异较大。腐霉、禾谷镰孢、串珠镰孢和麦根腐平脐蠕孢引起的发病率均为100%,而半裸镰孢和雪腐镰孢仅40%左右。多数病菌能够引致稻苗的"黄枯",并且茎基部有褐色病斑。引起死苗的主要是腐霉、麦根腐平脐蠕孢和禾谷镰孢,而串珠镰孢往往引起稻苗的徒长或矮化。     

灰葡萄孢BcPDR1基因与PKA编码基因的关系研究

 为明确灰葡萄孢BcPDR1基因与病菌cAMP信号途径中PKA编码基因BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR之间的关系,利用Real-time PCR技术分析了BcPDR1基因突变对PKA编码基因BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR表达的影响,以及PKA编码基因突变对BcPDR1基因表达的影响。结果发现,BcPDR1基因突变体中BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR的表达水平均显著高于野生型和回复菌株,BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR基因的RNAi突变体中BcPDR1基因表达水平显著低于野生型。我们分别构建了PKA编码基因BcPKA1、BcPKA2、BcPKAR在敲除突变体ΔBcpdr1中过表达的菌株ΔBcpdr1/BcPKA1-OE、ΔBcpdr1/BcPKA2-OE、ΔBcpdr1/BcPKAR-OE;对过表达菌株的表型和致病力进行分析发现,过表达菌株的菌落形态、菌核形成、菌丝形态、生长速率、产孢量和致病力均与突变体ΔBcpdr1表现显著的差异,而更接近野生型BC22的表型和致病力。结果表明,灰葡萄孢BcPDR1基因与PKA亚基基因BcPKA1、BcPKA2和BcPKAR的表达水平密切相关,BcPDR1基因负调控这3个基因的表达,而这3个基因对BcPDR1基因表达有正调控作用。本研究为进一步阐明灰葡萄孢BcPDR1基因调控病菌生长发育和致病力的分子机制奠定了基础。     

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。     

引起河北省保定市白术根腐病的病原镰刀菌种类鉴定

白术(Atractylodes macrocephala Koidz.)是菊科苍术属多年生草本植物,具重要的药用价值和经济效益,而其根腐病在各产区发生普遍.河北省保定地区为白术秧苗的生产基地,一年生白术种植地块根腐病的病株率在5％～20％,二年生地块的病株率达到30％ ～ 50％,造成严重减产.引起白术根腐病的病原菌较...     

我国葡萄灰霉病菌对四霉素和啶酰菌胺的敏感性测定

灰霉病是葡萄生产上的重要病害之一,严重影响葡萄果实的品质和产量。为明确葡萄灰霉病菌对四霉素和啶酰菌胺的敏感性,本研究分别采用菌丝生长速率法和孢子萌发法测定了四霉素和啶酰菌胺对采自云南省宾川县、湖北省武汉市和辽宁省北镇市60株葡萄灰霉病菌的有效抑制中浓度EC₅₀,建立了敏感性基线,并分析了二者之间的交互抗性。结果显示,葡萄灰霉病菌对四霉素和啶酰菌胺的敏感基线分别为0.245和1.115 μg/mL;上述葡萄灰霉病菌均对四霉素敏感,而11.7%的菌株表现为啶酰菌胺抗性。并且四霉素与啶酰菌胺之间不存在交互抗性(r=-0.040,P>0.05)。因此,四霉素可作为防治葡萄灰霉病的候选药剂,研究结果对两种杀菌剂的科学使用以及葡萄灰霉病的可持续防控具有重要的理论和实践意义。     

生防芽孢杆菌T2胞外蛋白酶的纯化及其抗真菌作用

 从小麦根际土壤中分离到一株高产蛋白酶并对棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum f sp.vasinfectum)具有拮抗作用的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)T2。采用硫酸铵分级沉淀、DEAE Sepharose Fast Flow、SP Sepharose Fast Flow离子交换层析、Sephadex G-75凝胶过滤层析,从T2发酵液中分离纯化出一种分子量约为29.0kD的蛋白酶。该酶作用的最适温度为65℃,最适pH为8.0,在低于50℃、pH5.0-7.5范围内较稳定。Na⁺、K⁺Pb²⁺、EDTA对酶有激活作用,Ca²⁺、Ba²⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Hg²⁺、SDS对酶有部分抑制作用,而PMSF可完全抑制酶活,推测该酶是一种丝氨酸蛋白酶。抗菌活性显示,该酶对棉花枯萎病菌的孢子萌发、菌丝生长有明显抑制作用。     

苦瓜枯萎病菌过氧化氢酶基因FoCat1致病功能分析

 由尖孢镰孢菌苦瓜专化型(Fusarium oxysporum f.sp.momdicae Sun &Huang)引起的苦瓜枯萎病是一种严重影响苦瓜生产的土传维管束病害。本研究利用分割标记的方法构建FoCat1基因的敲除片段,通过PEG介导的原生质体转化方法对FoCat1基因进行敲除,经4对引物验证得到1个阳性转化子ΔFoCat1-3。突变体ΔFoCat1-3在PDA培养基上的菌落大小、菌丝形态、产孢量等生物学特性与野生型相比均无显著性差异,但是其抵抗外源氧胁迫的能力明显减弱,对苦瓜的致病力明显下降。DAB染色结果显示,接种突变体的苦瓜叶片中过氧化氢的含量明显高于接种野生型菌株的苦瓜叶片。研究结果表明,FoCat1可能不参与病菌正常营养生长过程的调控,但是具有清除寄主产生的活性氧,来减弱寄主对病原菌的杀伤作用的功能,从而参与病原菌的致病过程。