转基因水稻对病原菌侵染的反应和防卫基因的表达分析

 为了阐明OsBTF3基因在水稻对白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)和细菌性条斑病菌(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)侵染抗/感反应中的功能,本研究以OsBTF3过量表达和RNAi转基因株系为材料,比较分析了T1代株系对病菌侵染的抗感病反应,定量测定了防卫基因的表达动态。结果表明,与野生型对照株相比,无论过量表达株系,还是RNAi株系对Xoo和Xoc侵染均表现为更加感病的反应; 经Xoo接种后,过量表达和RNAi株系OE37和RNAi株系RI30防卫基因的表达发生了不同程度的变化。因此,OsBTF3增量/减量表达对水稻抗/感病性具有重要的调控作用,这种作用可能并不依赖于水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)介导的信号途径。     

Lescpth5诱饵载体的构建及其自激活作用的检测

[目的]构建诱饵载体pGBKT7-Lescpth5,并检测其转录自激活活性及对酵母细胞的毒性。[方法]采用PCR技术扩增Lescpth5基因,连接到诱饵载体pGBKT7上,转化重组载体于酵母感受态细胞AH109中,在营养缺陷型培养基上进行自激活检测和毒性检测。[结果]酶切和测序鉴定结果显示诱饵载体pGBKT7-Lescpth5构建成功,读码框正确。自激活检测结果和毒性检测结果显示诱饵载体对酵母菌株AH109没有转录激活活性,对酵母菌也无毒害作用。[结论]成功构建的诱饵载体可以用于酵母双杂交系统中,为下一步的cD-NA文库筛选奠定基础。     

转录激活因子FleQxoo原核表达及其与鞭毛基体基因fliExoo启动子的结合

 为了阐明转录激活因子FleQxoo对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae,Xoo)鞭毛基体基因fliExoo的转录调控机理,本研究用PCR方法从Xoo野生型菌株PXO99^A中克隆了fleQxoo基因,构建了原核表达载体pET21-fleQxoo,在大肠杆菌BL21(DE3) pLysS中进行了诱导表达,通过Ni-NTA亲和层析纯化得到FleQxoo蛋白;EMSA检测到FleQ-xoo与鞭毛基体基因启动子fliExoo-p片段的特异结合作用。这些结果为阐明FleQxoo直接调控鞭毛基体基因fliExoo的转录提供了分子证据。     

水稻白叶枯病菌糖基化岛GI基因的分子鉴定

为了阐述水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)糖基化岛(Glycosylation Island,GI)基因的结构特征以及可能的生物学功能,研究通过基因克隆和序列分析,对GI基因结构特征进行了鉴定;通过与铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,Pa)a型短GI基因的比较,对XooGI基因进行了功能推测分析。用特异性引物进行PCR扩增,从野生型菌株PXO99A基因组中克隆了10个GI基因序列。该GI插在鞭毛基因簇中,上游为转录调控因子基因fleQxoo,下游为鞭毛基体蛋白基因fliExoo。GI基因均为单拷贝,转录方向相同。GI基因核苷酸序列在Xoo和Paa型短岛中同源性达41.98%~78.58%,其中糖基转移酶基因rbfC具有保守结构域(Glycos_transf_2),在病原黄单胞中同源性较高。在GI基因启动子中存在σ54保守结合序列GG-(N10)-GC和转录调控因子FleQxoo结合序列CC-(N4)-C-(N4)-T。因此,XooGI可能具有进化上的结构和功能保守性;其基因转录可能受到σ54和FleQxoo的直接调控。     

细菌鞭毛素对植物免疫防卫反应及其信号机制的激发

细菌鞭毛素(flagellin)是一类可以诱导寄主植物细胞发生防卫反应的病原物相关分子模式(PAMP)因子,其活性位点是被称为flg22的N 末端保守的22个氨基酸多肽,植物体内与其结合的模式识别受体是FLS2。flg22可以诱导植物细胞发生活性氧(ROS)的猝发、细胞培养介质碱化、一氧化氮(NO)的产生,胼胝质沉积以及MAPK级联反应、防卫基因表达等多种防卫反应。本文结合本室有关水稻白叶枯病菌的研究结果,综述近年来国内外在鞭毛素诱导植物防卫反应研究领域的最新研究进展。     

katExoo基因缺失突变对水稻白叶枯病菌H2O2抗性和致病性的影响

 为了揭示过氧化氢酶基因katExoo在水稻白叶枯病菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzae,Xoo)过氧化氢(H₂O₂)抗性和致病性中的功能,本研究构建了基因缺失突变体ΔkatExoo,测定了突变体的H₂O₂抗性、过氧化氢酶(CAT)活性、在离体培养条件下的生长速率以及对水稻的致病性。用标记基因置换法获得了ΔkatExoo突变体,其保守的CAT结构域(GATase1_catalase和catalase_clade_2)被Gm^R片段所替换。katExoo基因缺失突变并不导致病菌的H₂O₂抗性和CAT活性降低或丧失,反而在一定程度上使之增强和升高。ΔkatExoo离体生长量显著降低,水稻接种叶片病斑明显缩短、在叶组织内的种群量下降。表明基因缺失突变显著地影响了病菌的生长、定殖和致病性。本研究结果为“KatExoo可能是Xoo的一个毒性因子”的假设提供了遗传学证据。     

水稻白叶枯病菌毒性表达的负调控因子PXO_02944的分子鉴定

【目的】水稻黄单胞水稻致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae, 简称Xoo）侵染引起水稻白叶枯病,在侵染过程中Xoo可产生胞外多糖(EPS)、胞外酶、黏附因子、T3SS以及其产生的效应因子等毒性因子。细菌第二信使环鸟苷二磷酸（c-di-GMP）的水平在Xoo毒性调控中发挥了重要的作用,而PXO_02944是包含REC、GGDEF和EAL结构域的蛋白,是c-di-GMP信号蛋白家族的成员,研究旨在阐明水稻白叶枯病菌的环鸟苷二磷酸信号蛋白家族成员PXO_02944的基因结构和功能。【方法】根据PXO_02944基因序列信息,以PXO99A基因组DNA为模板,设计引物扩增PXO_02944基因全长,将其GGDEF结构域和EAL结构域分别与已经报道的保守的GGDEF结构域或EAL结构域蛋白进行氨基酸序列比对分析;分别扩增PXO_02944左右臂片段,将其与目的载体pK18mobsacB载体连接,得到质粒pK2944,将pK2944与pMD-GmR载体回收获得的GmR基因片段进行连接,获得重组质粒pK2944-GmR,用于构建基因突变体。将PXO_02944全长基因克隆到载体pHM1上,获得重组质粒pHM1-2944并转化到ΔPXO_02944中,即获得互补菌株ΔPXO_02944::C。对野生型菌株、突变体和互补菌株进行表型测定,分析PXO_02944 基因缺失突变对Xoo致病性和EPS产生、生物膜形成、胞外酶活性和鞭毛运动性的影响,并通过qRT-PCR方法测定EPS合成基因和毒性相关基因的表达。【结果】用特异性引物进行PCR扩增,成功地从野生型菌株PXO99A中克隆了PXO_02944;生物信息学分析发现,PXO_02944蛋白具有磷酸化信号接收的REC输入结构域和GGDEF、EAL输出结构域,但GGDEF和EAL结构域保守序列发生了突变。与野生型菌株PXO99A相比,虽然PXO_02944突变体胞外纤维素酶和木聚糖酶活性、鞭毛运动性都无明显变化, 但其对水稻的致病性、EPS产生和生物膜形成能力显著增强,T3SS调控基因hrpG和EPS合成基因gumG的转录水平也明显升高。【结论】应答调控因子PXO_02944负调控了水稻白叶枯病菌致病性、EPS产生和生物膜形成这些毒性因子的表达。     

miR1320表达水平与水稻白叶枯病抗性的关联性分析

水稻白叶枯病是由稻黄单胞菌水稻致病变种Xanthomonas oryzae pv. oryzae(Xoo)引起的一种细菌性病害,严重影响水稻的产量和品质。miR1320是水稻与Xoo互作中重要的调控因子。本研究在接种Xoo后的0、12、24 h分别检测了10个粳稻和8个籼稻品种中miR1320的积累和4个防卫基因的转录水平,测量了各品种叶片上的病斑长度,分析了miR1320的积累和防卫基因的表达与水稻白叶枯病抗性之间的相关性。结果表明:接种Xoo后,miR1320的表达模式在不同品种中有所不同;籼稻和粳稻对白叶枯病的抗性分别与接种后24 h和12 h时miR1320的表达量呈紧密负相关;且相对于防卫基因,miR1320更能反映品种间的抗病性。因此,miR1320可应用于评估水稻品种对白叶枯病的抗性,辅助水稻抗病种质的鉴定。     

水稻白叶枯病菌北方菌株的分子鉴别和致病型分析

为了阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,Xoo)北方菌株的毒性组成,对2008年和2009年从辽宁、吉林、河北、山东稻区采集的103个菌株进行了PCR分子鉴定,并利用一套水稻抗白叶枯病近等基因系作为鉴别品种,进行了致病性测定。结果表明,用3种不同引物对测定菌株基因组进行PCR扩增,均可以鉴别出与Xoo代表菌株完全一致、而与水稻条斑病菌明显不同的特异性扩增片段带型。6个水稻鉴别品种对测定菌株的感病反应明显不同,抗病性强弱依次为IRBB5IRBB13IRBB3IRBB14IRBB2IRBB24。103个菌株对6个水稻鉴别品种表现出毒力多样性,92个菌株(89.32%)表现与9个标准小种(R1~R9)代表菌株相同的致病型,其中36个R5和R8菌株为优势菌株,9个菌株为对6个水稻品种都致病的R9强毒力菌株;此外,新发现了其余11个菌株(10.68%)具有7种新的致病型(R10~R16)。     

OsBTF3基因在水稻光合作用和生长发育中的功能

为了揭示转录因子OsBTF3在水稻生长发育中的功能,比较分析了OsBTF3过量表达和RNAi转基因水稻T₁代株系叶片生长和株型发育的表型。结果表明,与野生型对照株相比,过量表达株系在叶绿素含量、叶绿体数量、光合速率、叶片大小、株高、节间长方面显著增加或增强; 而RNAi株系的明显降低或减弱。OsBTF3基因的增量或减量表达显著影响水稻光合作用、叶片生长和株型发育。说明OsBTF3在水稻生长发育中具有重要调控功能,可能在水稻转基因分子育种方面具有潜在的应用价值。