hrp基因关键调控因子HrpG在水稻白叶枯病菌和条斑病菌中的交叉互补性研究

 水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzae, Xoo)和条斑病菌(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)在非寄主烟草上产生过敏反应(HR)和在寄主水稻上具有致病性,是由hrp致病岛决定的,其中HrpG为关键调控因子。Xoo和Xoc侵染水稻途径和在水稻上产生病害症状的不同,是否与hrpG基因有关,还不清楚。本研究利用反向遗传学方法获得了Xoo和Xoc的hrpG突变体PΔhrpG和RΔhrpG,并用hrpG_Xoo基因和hrpG_Xoc基因分别互补上述2个突变体,获得了相应的互补菌株。致病性测定结果显示,PΔhrpG和RΔhrpG突变体丧失了在水稻上的致病性和在非寄主烟草上产生HR的能力,而hrpG_Xoo基因和hrpG_Xoc基因可分别互补上述突变体至野生型水平。利用GUS报告基因检测基因启动子活性发现,hrpG_Xoo和hrpG_Xoc的启动子活性没有显著差别;RT-PCR和Western杂交结果显示,hrpG基因交叉互补菌株中HrpG调控的下游基因hrpX、hpaR、hrcT、hpa2和hrpD6的表达没有差异,且III型分泌系统分泌蛋白Hpa2的分泌性没有受到影响。这些结果表明,稻黄单胞菌hrpG基因可在Xoo和Xoc中交叉互置,位于其上游和下游的调控途径可能相似,而决定Xoo和Xoc在水稻上的侵染途径以及所致病害症状差异可能与hrpG基因位点无关。     

水稻条斑病菌rsmA基因在致病性中的功能分析

RsmA属于CrsA/RsmA蛋白家族成员,是一类RNA结合蛋白,作为一类全局性的转录后调控因子,调控碳代谢、生物膜形成、游动性以及致病性相关基因的表达等。同源性搜索结果显示,水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)RS105中存在rsmA基因,其与白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)PXO99A的rsmAXoo同源性为100%。但是,r smAXoc基因在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的rsmA缺失突变体RΔrsmA。寄主水稻和非寄主烟草接种结果显示,RΔrsmA在水稻上仍具有致病性,在非寄主烟草上也能够激发HR反应,这些结果与已鉴定的Xoo rsmA突变体表型不一致。但是,与野生型菌株相比,RΔrsmA在感病水稻上的毒性显著降低;在丰富和贫乏的培养基中,RΔrsmA的生长能力也明显减弱。其他毒性相关表型的测定结果显示,与野生型菌株相比,RΔrsmA在半固体培养基上的游动能力减弱,生物膜形成能力增强,胞外多糖产量明显降低,胞外蛋白酶的活性增加。这些结果暗示在Xoc中rsmA为重要的毒性相关基因,在Xoo和Xoc中RsmA在致病性中的功能存在一定的差异,RsmA下游调控基因的鉴定可能为解析其在2个水稻致病变种中功能的差异提供线索。     

水稻条斑病菌hrpB1基因决定寄主致病性和非寄主过敏反应的功能研究

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola,Xoc)的hrp基因决定了病原菌在非寄主植物上的过敏反应(hypersensitive response,HR)和在寄主植物上的致病性(pathogenicity),基因产物形成Ⅲ型分泌系统(type-Ⅲ secretion system,T3SS)将致病性效应分子注入寄主细胞从而引起水稻产生抗病性或者感病性反应。以位于hrpB操纵单元的首个hr-pB1基因为对象,通过基因敲除方式对其进行了突变,发现hrpB1突变体丧失了在水稻上的致病性和在烟草上激发HR的能力,并且在水稻组织中的生长能力显著降低。RT-PCR测定结果表明,hrpB1的转录表达受HrpG和HrpX的正调控。免疫杂交结果显示,HrpB1蛋白可通过T3SS进行分泌。这些结果不仅明确了hrpB1基因在病原菌致病性中的功能,而且提示了hrp结构基因不仅仅局限于形成Ⅲ型分泌系统,部分hrp基因产物本身也通过Ⅲ型系统分泌到胞外,并且可能起到效应分子的功能。     

水稻条斑病菌hrpD5基因在致病性中的功能分析

水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)成功侵染水稻主要依靠其III型分泌系统(Type III secretion system,T3SS)分泌的效应蛋白。T3SS由hrp-hrc-hpa基因编码,其中主要的hrp和hrc基因突变,病原菌将丧失在寄主水稻上的致病性和非寄主烟草上的过敏性反应(hypersensitive response,HR)。hrpD5基因位于hrp基因簇hrpD操纵单元的第5个基因,在致病性中的功能未知。本研究构建了Xoc的hrpD5缺失突变体RΔhrpD5。植物接种试验显示,RΔhrpD5丧失了对寄主水稻的致病性和在非寄主烟草上激发HR反应的能力;功能互补子虽然能够恢复这2种表型,但是,与野生型菌株相比,其在感病水稻上的毒性显著降低,在非寄主烟草上形成延迟的HR反应;荧光定量PCR结果显示:hrpD5缺失影响其下游hrpD操纵单元基因hrpD6、hrpE和hpaB以及HrpX操纵单元基因hrpF和hrpB1的表达;同时,hrpD5缺失降低了hrpX的mRNA水平,但是不影响hrpX的启动子活性;酵母双杂交结果显示,HrpD5蛋白能够与HrpF蛋白的N端互作。这些结果暗示在Xoc中hrpD5不仅为主要的致病相关基因,而且调控主要的hrp调节基因hrpX的表达。HrpD5新功能的鉴定将为解析T3SS在致病性中的功能提供线索。     

十字花科黑腐病菌应急反应相关基因spoT_(Xcc)对T3SS基因调控作用的分析

通过反向遗传学方法和半定量RT-PCR方法,研究了十字花科黑腐病菌中被注释的应急反应相关基因spoT_(Xcc)与Ⅲ型分泌系统(T3SS)基因的调控关系。基于自杀质粒pK18mob同源整合方法构建了十字花科黑腐病菌spoT_(Xcc)基因(XC_0956)的非极性整合突变体,检测了突变体的多种表型,发现spoT_(Xcc)突变体延迟了在非寄主植物辣椒ECW-10R上引发的过敏反应(HR)。利用GUS(β-葡糖苷酸酶)活性检测、原位组织染色和半定量RT-PCR的方法,发现T3SS相关基因在spoT_(Xcc)基因的非极性整合突变体中表达量降低,表明十字花科黑腐病菌中被注释的应急反应相关基因spoT_(Xcc)显著正调控T3SS相关基因的表达。     

瓜类果斑病菌致病基因及靶标基因的预测

哈密瓜果斑病是严重危害瓜类的种传细菌性病害,其病原菌为嗜酸菌属西瓜种(Acidovorax citrulli)。本文首先用Bioedit软件建立瓜类果斑病菌全氨基酸序列本地资源库,运用比较基因组学的方法,通过大量查找嗜酸菌属、欧文氏菌属、假单胞菌属、黄单胞菌属、劳尔氏菌属、土壤杆菌属、木质部小菌属中的致病基因和参考文献中已报道的致病基因,下载相关致病基因的氨基酸序列,与瓜类果斑病菌的全氨基酸序列进行localblast,取E<10-5的为候选基因,得到果斑病菌中与致病性相关的基因,并对未知蛋白进行产物预测。同时,根据已经公布的靶标基因,用同样的比对方法,得到果斑病菌中潜在的靶标基因。本研究通过保守估计,得到77个致病性相关蛋白,预测了其中7个未知蛋白的产物,得到46个靶标蛋白。致病基因和靶标基因的分析预测,对以后研究此类基因提供了指导作用,为更好地防治该病害提供了理论基础。     

15种小分子化合物对水稻细菌性条斑病菌Ⅲ型分泌系统抑制作用的研究

Ⅲ型分泌系统(Type Ⅲ secretion system, T3SS)是水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)的主要致病因子。实验室前期鉴定了一批十字花科黑腐病菌Ⅲ型分泌系统的小分子抑制剂。这些抑制剂对Xoc的T3SS是否具有作用，值得探究。本研究利用Lux和GUS报告基因分别与T3SS相关基因启动子区融合构建Xoc融合报告系统，用报告系统以及定量PCR鉴定对Xoc T3SS有作用的小分子。结果表明，Carmofur、5-Fluorocytosine、A-3和Dealkaline lignin对Xoc T3SS基因表达具有显著抑制作用，A-3和Dealkaline lignin抑制Xoc生长，4种物质均未显著影响Xoc的致病力。为精确检测Xoc的过敏反应(hypersensitive response, HR)及小分子抑制剂的生防作用，本研究利用融合PCR及同源双交换原理构建能在辣椒ECW-10R上激发特异HR的报告菌株GX01/avrBs1。结果显示，GX01/avrBs1可在辣椒ECW-10R上快速激发HR,Dealkali...     

受玉米大斑病菌侵染后玉米抗感近等基因系SOD动态变化的研究

 以玉米抗、感大斑病菌近等基因系为材料,研究了玉米抗病系和感病系在接种玉米大斑病菌后SOD活性和SOD同工酶谱的动态变化。结果发现,在病原菌侵染初期携带显性抗病单基因的抗病系SOD活性一般呈下降趋势,明显地低于不携带任何已知抗病基因的感病近等基因系;在病原菌侵染中、后期却较大幅度上升,反而逐渐明显地高于感病近等基因系。在HZ1遗传背景中Rf值为0.25的SOD同工酶酶带,与Ht2和HtN等抗病基因的作用有关。本文认为SOD及有关活性氧代谢在玉米对大斑病菌抗性中可能具有重要的作用。     

苹果炭疽叶枯病菌CgCMK1基因的克隆与功能分析

 苹果炭疽叶枯病是由胶孢炭疽菌(Colletotrichum gloeosporioides)引起的苹果重要叶部病害,严重威胁苹果树的生长。CMK1-MAPK途径在植物病原真菌致病过程中具有重要的作用。本研究从苹果炭疽叶枯病菌中克隆了黄瓜炭疽病菌(C. lagenarium)CMK1的同源基因CgCMK1。CgCMK1基因ORF全长1 068 bp,编码355个氨基酸。CgCMK1敲除后不影响苹果炭疽叶枯病菌营养生长、色素沉积以及脂滴的转运。ΔCgCMK1突变体产孢能力显著下降、分生孢子萌发但不产生附着胞,外源添加cAMP不能诱导ΔCgCMK1突变体形成附着胞,在ΔCgCMK1突变体中,过表达cAMP信号途径依赖的蛋白激酶催化亚基基因CgCPK1也不能恢复突变体形成附着胞。CgCMK1基因参与氧化胁迫的应答反应,但不参与离子胁迫的应答反应。ΔCgCMK1突变体对苹果叶片完全丧失致病性,即使有伤接种也不能产生病斑。CgCMK1在苹果炭疽叶枯病菌分生孢子和附着胞中均有表达,定位于细胞质。上述结果表明,CgCMK1参与调控苹果炭疽叶枯病菌的分生孢子产量、附着胞的形成、氧化胁迫应答及致病性。     

利用mRNA差异显示技术分离和克隆玉米抗大斑病相关基因片段

 玉米大斑病是由玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)引起的玉米叶部主要病害。在玉米的抗病反应中玉米与大斑病菌间存在着复杂的互作关系。要阐明玉米抗病过程中抗病基因、参与信号转导基因、防卫反应基因等如何参与抗病过程,以及它们与抗病性的关系,需从基因表达整体水平上了解上述抗病相关基因表达的种类与数量,进而分析其相互关系。     

西瓜嗜酸菌LuxR家族基因luxR_(4229)的功能研究

瓜类细菌性果斑病是葫芦科作物上的一种严重的世界性病害,其病原菌为西瓜嗜酸菌(Acidovorax citrulli)。本研究以野生型菌株Ac-5为研究对象,通过同源重组双交换的方法,构建了LuxR家族功能基因luxR_(4229)的全基因缺失突变株,并对突变株进行致病性、生物膜形成能力和运动能力等生物学特性测定。同时,qRT-PCR定量检测了鞭毛基因fliR和fliC以及III型分泌系统功能基因hrpE和hrcN的表达水平。结果显示:与野生型相比,突变株致病力明显降低,运动能力减弱,而生物膜形成能力增强。fliR、fliC、hrpE和hrcN基因在突变株中的表达量下调,luxR4229对fliR、fliC、hrpE和hrcN基因均为正调控。基因luxR_(4229)在对西瓜嗜酸菌致病力、运动能力及生物膜的形成具有重要调控作用。     

西瓜噬酸菌Aac-5AAA ATPases基因moxR和ruvB功能研究

AAA ATPases(ATPase associated with diverse cellular activities)是一种与细胞活性相关的酶,广泛存在于所有生物中,同时具有蛋白酶和分子伴侣活性。为了研究AAA ATPases相关基因缺失对西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli)的影响,本研究通过同源重组双交换的方法构建西瓜噬酸菌moxR基因以及ruv B基因全缺失突变菌株及互补菌株,测定了突变菌株的致病性、烟草过敏反应、运动性、生长能力、生物膜形成等;并利用实时荧光定量PCR方法测定了AAA ATPases与Ⅲ型分泌系统相关基因(hrc N和hrp E)、毒性蛋白相关基因(trb C和vir B)、鞭毛相关基因(fliR和fli M)、菌毛相关基因(pin C-1和pin C-2)以及AAA ATPases亚家族Ruv B相关基因(ruv A和ruv C)的关系。结果表明,moxR基因以及ruv B基因全缺失突变菌株的致病力降低、运动性减弱、生长能力下降、生物膜形成能力增强、烟草过敏性反应减弱、突变菌株中重要的致病基因hrc N和hrp E表达量显著下调,表明AAA ATPases相关基因moxR、ruv B在西瓜噬酸菌的致病力上发挥重要作用。     

西瓜噬酸菌MarR家族转录因子Aave_3922的功能研究

 MarR(Multiple antibiotic resistance regulator)家族转录因子是一种广泛存在于细菌及古细菌中的转录抑制子。MarR可通过调控毒力因子的表达来影响病原细菌的致病性,其调控机制独特,在不同菌中存在不同的调控网络。为明确其在西瓜噬酸菌中的功能及信号通路,以西瓜噬酸菌Aac5菌株为研究对象,构建MarR转录因子Aave_3922的缺失突变株及互补菌株,通过对表型及转录水平的测定,初步探究西瓜噬酸菌中MarR转录因子的功能及可能的调控网络。结果显示,与野生型Aac5菌株相比,突变菌株致病能力、生物膜形成能力、体内生长能力均显著下降,互补菌株有所恢复。同时,基因Aave_3922的缺失会显著影响三型分泌系统关键基因hrpX及hrcJ、毒性相关基因trbC、鞭毛及趋化性相关基因fliC及cheA、生物膜相关基因Aave_2620在西瓜噬酸菌中的表达量;与WT-hrpXpGUS相比,ΔAave_3922-hrpXpGUS的启动子活性显著减弱。以上结果表明Aave_3922基因可能通过参与hrpX的转录调控,以及调控生物膜形成来影响西瓜噬酸菌的致病能力。     

香蕉枯萎病菌myosin-1基因的功能分析及外施dsRNA介导的抗性评估

 香蕉枯萎病是由尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f. sp. cubense,Foc)引起的香蕉毁灭性土传病害,其中 4号生理小种(Foc4)能感染几乎所有的香蕉品系,危害最严重。SMART在线软件分析myosin-1基因具有肌球蛋白马达蛋白(myosin motor domain, MMD),肌动蛋白尾结构TH1(myosin tail)和 Src家族同源结构域SH3(src homology domain 3),与禾谷镰刀菌中氰烯菌酯靶标基因myosin-5具高度的蛋白同源性,相似性高达83%。利用Split-marker基因重组技术获得Foc4的myosin-1基因敲除突变体,Δmyosin-1突变株丧失了对氰烯菌酯的敏感性,菌丝生长缓慢,产孢量减少且孢子畸形,对香蕉致病力严重下降,证实myosin-1是氰烯菌酯在Foc4中的作用靶标基因。外施靶向myosin-1体外转录的dsRNA,能抑制菌丝的生长,降低菌丝活性;菌丝膨胀扭曲分枝增多,出现典型的球状结构,与氰烯菌酯处理后的表型一致。在盆栽活体人工接种实验中,体外施用dsRNA可以明显抑制枯萎病外部症状的发展,推迟发病时间,赋予寄主抗性,结果说明体外施用dsRNA可以作为新型杀菌剂防治香蕉枯萎病。综上,myosin-1基因作为氰烯菌酯在Foc4中的靶标基因具有高度的序列保守,在调控菌丝生长发育,产孢以及致病力等方面发挥重要作用,而外施dsRNA具有防治香蕉枯萎菌的巨大潜力。     

十字花科黑腐病菌hrp基因致病功能分析

通过对Xcc 8004菌株的hrp基因进行逐一敲除,系统研究单个hrp基因对Xcc致病性的贡献。结果表明,9个hrc(hypersensitive response and conserved)基因单独突变后在满身红萝卜上的致病性和在辣椒ECW-10R上激发HR的能力完全丧失;9个hrp基因中,hrpW突变后在辣椒ECW-10R上仍能产生HR,满身红萝卜上致病性减弱,其余hrp基因突变后致病性和过敏反应均丧失;4个hpa(hrp associated protein)基因突变后,hpaA和hpaB突变体完全丧失在满身红萝卜上的毒性也不能在辣椒ECW-10R上引起HR,hpa1和hpaP突变后致病性和HR显著减弱。另外,通过RT-PCR对Xcc 8004 hrp基因簇的每个基因受hrpX和hrpG的调控情况进行分析,结果表明所有hrp基因在不同程度上都受到hrpG、hrpX的正向调控。     

松材线虫fem-1基因的克隆与表达特性研究

 松材线虫病是世界性的检疫病害,严重威胁松林等森林资源和生态安全。有研究表明,Feminization(fem)基因家族在秀丽隐杆线虫中参与性别决定和分化。本研究克隆了松材线虫fem-1基因,并对其表达特征和调控功能进行研究。结果表明,该基因cDNA全长为856 bp,包含681 bp的开放阅读框,编码226个氨基酸,进化分析显示与秀丽隐杆线虫位于同一进化分支。荧光定量PCR以及原位杂交结果显示, fem-1基因在松材线虫各个发育阶段均有表达,其中在2龄虫期表达水平最高;在卵期至3龄虫期阶段于虫体中后部表达,而发育后期,多位于皮下细胞中表达,肠道、性腺等部位极少出现杂交反应。利用RNA干扰技术沉默fem-1基因后,线虫种群雌雄比例出现下降,说明fem-1基因可能参与松材线虫性别分化和决定过程。研究结果有助于了解松材线虫性别决定相关基因表达特性与功能,为深入研究松材线虫发育生物学提供一定的理论依据。     

西瓜噬酸菌铁吸收调控因子furA的功能研究

 铁吸收调控因子(Ferric uptake regulator,Fur)是细菌中主要调控铁代谢的重要调控蛋白,也影响氧化应激和致病性。生物信息学分析显示,西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli,Ac)中存在2个Fur蛋白,其生物学功能未知。本文以其中之一的furA为研究对象,通过同源重组原理,构建了野生型菌株Aac5的furA缺失菌株ΔfurA和互补菌株ΔfurAcomp,并进行了致病力和其他相关生物学表型的测定。结果显示,furA缺失后,显著降低了Ac对西瓜、甜瓜的致病力、运动能力、产铁载体能力,提高了生物膜形成能力、以及对Fe³⁺、过氧化氢和链黑菌素的敏感性;基因表达量分析结果显示,furA影响与铁代谢、应激反应和致病性相关基因的表达。综上所述FurA在Ac致病过程、铁代谢和其他表型中起着重要的调控作用。     

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。