山东省稻瘟病病菌无毒基因鉴定及分析

为了明确山东省稻瘟病病菌无毒基因类型及在不同地区分布情况,根据已经公布的AVR1-CO39、AVR-Pita、ACE1、AvrPia、AvrPii、AvrPik、AvrPiz-t、AvrPi9 8个无毒基因引物,通过PCR扩增的方法 ,对2018年在山东水稻主产区收集分离的123个稻瘟病菌单孢菌株进行了无毒基因类型鉴定和分析。试验结果表明,无毒基因ACE1、AvrPiz-t、AvrPi9出现频率都为100%;无毒基因AVR1-CO39、AVR-Pita、AvrPia出现频率分别为87.80%、90.24%、10.57%;无毒基因AvrPii、AvrPik出现频率都为0。根据基因对基因假说,可以在山东稻区选育和推广携带抗病基因Pi-33、Piz-t、Pi-9、Pi-CO39、Pi-ta的水稻品种来减轻稻瘟病为害,而抗病基因Pi-a、Pi-i、Pi-k不适合在山东稻区使用。     

MoRAD26参与稻瘟病菌的胁迫应答和致病过程

 稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻三大病害之一。DNA修复对维持基因组的完整性具有重要作用,为了解析DNA修复基因在稻瘟病菌致病过程中的功能,本试验对稻瘟病菌DNA损伤检控点蛋白MoRad26进行了功能分析。首先我们利用同源重组的方法获得了MoRAD26基因的稻瘟病菌敲除突变体。表型观察发现MoRAD26缺失突变体的致病力下降,对DNA损伤胁迫和H₂O₂胁迫更加敏感,但是对稻瘟病菌的生长、产孢以及分生孢子萌发和附着胞的形成没有明显影响。进一步分析表明,敲除MoRAD26基因降低了稻瘟病菌侵染菌丝的扩展能力进而影响稻瘟病菌的致病力,但其具体机制还有待深入研究。     

大丽轮枝菌外切葡聚糖酶VdCBH1在毕赤酵母中的表达与酶活分析

 为了探究大丽轮枝菌外切葡聚糖酶VdCBH1(exoglucanase)的酶活与催化机理,本研究在生物信息学分析的基础上,以大丽轮枝菌V991菌株为材料克隆了VdCBH1基因,进一步构建了pPIC9-VdCBH1重组质粒并转入毕赤酵母中进行表达,测定了重组VdCBH1蛋白的外切葡聚糖酶活性;将预测的VdCBH1催化残基位点进行突变,随后通过SDS-PAGE分析了重组VdCBH1蛋白及其催化残基位点突变蛋白的表达情况,并检测了VdCBH1催化残基位点突变前后的酶活变化。结果表明,VdCBH1基因编码区全长1 356 bp,编码451个氨基酸,蛋白理论分子量大小为48.574 kDa,理论等电点为4.29,N端前17个氨基酸为信号肽序列。保守结构域和进化树分析表明,VdCBH1蛋白含有GH7_CBH_EG保守结构域,该结构域是糖基水解酶7家族(Glycosyl hydrolase family 7,GH7)所特有的,与尖端赛多孢子菌(Scedosporium apiospermum)的外切葡聚糖酶蛋白亲缘关系最近。重组VdCBH1蛋白具有典型的外切葡聚糖酶活性,而Glu233催化残基单突变与Glu228、Asp230和Glu233催化残基三突变蛋白的酶活明显下降。这表明催化残基Glu233在外切葡聚糖酶活性中发挥更为重要的作用,Glu228、Asp230则可能在其中起协同作用。本研究为进一步揭示VdCBH1蛋白的催化机制奠定了理论基础。     

菲律宾稻瘟病菌生理小种中AVR-Pita及其同源基因的序列与功能分析

根据已克隆的AVR-Pita及其同源基因序列设计4对引物,对来自菲律宾的74个稻瘟病单孢菌株DNA进行PCR扩增和序列分析,研究了与水稻抗病基因Pi-ta互作的稻瘟病菌无毒基因AVR-Pita及其同源基因序列多态性与进化关系。结果显示,在42个菌株中扩增出AVR-Pita1基因目的条带,31个菌株中扩增出AVR-Pita3基因目的条带,55个菌株中扩增出AVR-Pita4基因目的条带,但所有供试菌株均未扩增出AVR-Pita2基因目的条带。对PCR产物进行测序分析,发现AVR-Pita1基因在菲律宾的生理小种中存在序列多态性,可划分为5个单倍型,共有10个多态性位点;AVR-Pita3和AVR-Pita4基因序列较保守,序列比对后没有发现多态性。对不同单基因系接种鉴定,发现除第3种AVR-Pita1单倍型外,含有AVR-Pita1单倍型1、2、4及5的生理小种均不能与Pi-ta基因互作,从而使Pi-ta单基因系IRBLta-CT2在接种后表现为感病。以上试验结果说明AVR-Pita1基因变异性较强,且序列改变后会导致基因功能的变化。     

侵染优质稻美香占2号的稻瘟病菌生理小种鉴定及无毒基因分析

为明确优质稻种美香占2号的抗瘟性,并为其合理布局以及与不同品种的轮换种植提供科学依据,利用7个中国鉴别品种和11个抗稻瘟病单基因系,对2013—2017年自广东省美香占2号品种上分离获得的50株稻瘟病菌Magnaporthe oryzae菌株进行生理小种鉴定和无毒基因型分析。结果显示,50株稻瘟病菌菌株被鉴定为11个生理小种,其中优势小种分别为C13、B13、B01、B05和C05;50株稻瘟病菌菌株对IRBLkh-K3(仅含Pik-h基因)、NIL-e1(仅含Pi50基因)、IRBL9-W(仅含Pi9基因)和IRBLzt-T(仅含Piz-t基因)4个抗稻瘟病单基因系表现出极低的毒性,频率分别为4%、6%、6%和8%;对IRBLz-Fu(仅含Piz基因)、IRBLkp-K60(仅含Pik-p基因)和IRBLi-F5(仅含Pii基因)3个抗稻瘟病单基因系表现出相对较高的毒性,频率分别为88%、86%和80%;自美香占2号以及其它4个主栽品种上获得的70株稻瘟病菌菌株被聚为不同类群;2003—2007年供试菌株中无毒基因AvrPi9、AvrPiz-t、AvrPi50和AvrPik-h的出现频率较高,无毒基因AvrPi1、AvrPita2、AvrPi2和AvrPish的出现频率中等,无毒基因AvrPii、AvrPik-p和AvrPiz的出现频率较低。     

云南罗平田间稻瘟菌株性状及无毒基因研究

 稻瘟菌和水稻是研究禾本科作物病原-寄主互作机制的模式病理系统。云南罗平县不仅是云南省水稻主产区,栽培水稻品种多样,同时也是稻瘟病易发区,田间稻瘟菌群体组成复杂,信息流强度大。田间单孢菌株的分离和无毒基因的研究,是揭示稻瘟菌毒性变异机制和制定田间稻瘟病综合防控策略的重要基础。本研究通过单孢分离,从2017年云南罗平田间病样上分离和保存了有效单孢菌株120份,系统地进行了菌株培养性状、产孢能力、7个无毒基因存在/缺失多态性及无毒基因变异与致病性相关性的研究。研究结果表明:菌株间培养性状、产孢能力差异较大,但培养性状和产孢能力与菌株的病样源无关;ACE1、Avr-Pizt、Avr-Pita1、Pwl2、Avr-Pik、Avr-Pii和Avr-Pia 7个无毒基因在云南罗平120个田间菌株中的存在/缺失频率不同,ACE1、Pwl2和Avr-Pizt存在频率最高(100%),Avr-Pia最低(5%),Avr-Pita1、Avr-Pik和Avr-Pii分别是99%、99%和89%,并首次分离和鉴定了33个包含3个Avr-Pik等位基因拷贝的菌株;部分代表菌株接种单基因系水稻的致病性鉴定结果显示,菌株中无毒基因的完全缺失或变异能使携带相应抗病基因的单基因系水稻材料感病,表明病原通过丢弃或修饰其无毒基因逃避寄主的免疫识别,克服寄主的抗性。研究结果不仅丰富了稻瘟病菌的遗传资源,奠定了水稻-稻瘟菌互作机制研究的重要基础,而且也为云南罗平稻瘟病的综合防治提供了参考。     

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。     

稻瘟病菌CAAX蛋白酶MoRce1的功能研究

 蛋白质的翻译后异戊烯化修饰(CAAX修饰)能够介导真核生物中许多重要蛋白质的亚细胞定位以及蛋白与蛋白间的相互作用。稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引致的稻瘟病是水稻最重要病害之一,造成全球水稻严重减产。为深入了解稻瘟病菌致病机理,更好地防控稻瘟病,我们研究了异戊烯修饰是否影响稻瘟病菌的生长发育和致病性。首先从稻瘟病菌基因组数据库中鉴定到一个稻瘟病菌的异戊烯蛋白酶MoRce1,同源比对发现MoRce1保守结构域在各物种之间变化较大,猜测在不同物种中该蛋白可能出现了功能分化。经同源重组方法敲除MoRCE1基因,发现MoRCE1缺失突变体在胁迫培养条件下细胞壁完整性明显缺陷,但是对营养生长、产孢、萌发以及致病性没有明显影响,说明MoRce1蛋白可能通过参与稻瘟病菌细胞壁合成相关蛋白的异戊烯化修饰进而影响该菌细胞壁的完整性,其具体机制还有待深入研究。     

水稻和稻瘟病菌互作中的信号传导及防御反应基因诱导表达的研究

 水稻和稻瘟病菌互作是研究植物与病原菌互作的模式体系。本文利用3个水稻抗稻瘟病近等基因品系(CO39、C101LAC和C101A51)和2个特异性菌株(M209和M210)构成不同亲和程度的互作关系,研究了稻瘟病菌对3个水稻信号传导途径关键酶合成基因、5个防御反应病程相关蛋白基因和1个防御反应转录因子调控基因诱导表达的作用。结果表明:稻瘟病菌诱导了各种互作关系中水稻OsLOX、OsAOS和OsPAL酶合成基因的表达,水稻启动了茉莉酸和水杨酸防御反应信号传导途径。在不亲和的互作反应中,稻瘟病菌能不同程度地诱导水稻OsPR1a、OsPR2、OsPR3-1、OsPR3-2和OsPR4基因的表达,从而有效激活了防御反应系统,使水稻植株表现为抗病;而在亲和的互作反应中,多数OsPR基因的表达水平低、时间短或没有表达,水稻植株表现为感病。OsMyb基因在各种互作关系中有不同的诱导表达。说明这些防御相关基因的诱导表达可能与水稻抗稻瘟病性相关。     

海南省田间稻瘟病菌中AvrPiz-t基因位点变异

为评估在水稻育种中被广泛利用的广谱抗稻瘟病基因Piz-t的有效性,对不同年份分离自海南省陵水黎族自治县和三亚市水稻的273株田间稻瘟病菌株中的AvrPiz-t位点变异及其与菌株致病性的相关性进行系统研究。结果表明,海南省田间菌株中无毒基因AvrPiz-t位点的变异频率为0～100.00%,陵水黎族自治县菌株中的变异频率远远高于三亚市菌株。在菌株中共鉴定到3种AvrPiz-t位点变异类型,分别为基因位点完全缺失、DNA重复元件MGR583在基因位点启动子区-10 bp上游和编码区218 bp下游插入。所有AvrPiz-t位点变异的菌株对携带Piz-t抗病基因的单基因水稻系IRBL-11均表现出强的致病性。陵水黎族自治县菌株中AvrPiz-t位点的变异频率呈逐年增加趋势,2021年94株菌株中AvrPiz-t位点的变异频率为100.00%,其中51.06%的菌株变异是MGR583在启动子区-10 bp上游插入,表明DNA重复元件MGR583在AvrPiz-t位点插入是AvrPiz-t从无毒到有毒进化的重要机制之一。     

Significance of PWT4–Rwt4 interaction in the species specificity of Avena isolates of Magnaporthe oryzae on wheat

We examined whether PWT4, an avirulence gene of Avena isolates of Magnaporthe oryzae toward wheat, corresponded to Rwt4, a resistance gene identified in wheat cultivar Norin 4, in a one-to-one manner. Twelve wheat cultivars were inoculated with 65X1, an F₁ culture with PWT4 derived from a cross between an Avena isolate (Br58) and a Triticum isolate (Br48). Three wheat cultivars (Norin 26, Shin-chunaga, Cheyenne) were resistant and therefore selected as possible carriers of Rwt4. The three cultivars were then inoculated with a population derived from a backcross of 61M2 carrying PWT4 with Br48 carrying pwt4. Segregation analyses revealed that PWT4 operates against the three cultivars. If PWT4 corresponds to Rwt4 in a one-to-one manner, all three cultivars should carry Rwt4. To test if this is the case, the three cultivars were crossed with Chinese Spring (a noncarrier of Rwt4) and Norin 4. When F₂ seedlings from Chinese Spring × Norin 26, Chinese Spring × Shin-chunaga, and Chinese Spring × Cheyenne were inoculated with 61M2, resistant and susceptible seedlings segregated in a 3 : 1 ratio. On the other hand, crosses between the three cultivars and Norin 4 yielded no susceptible F₂ seedlings. These results indicate that all three cultivars carry Rwt4. Considering all results, we concluded that PWT4 corresponds to Rwt4 in a one-to-one manner. An inoculation test with Chinese Spring–Cheyenne chromosome substitution lines indicated that Rwt4 is located on chromosome 1D.     

水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的抗性风险评估及抗性机制初探

 采用菌丝生长速率法测定了100株采自我国主要水稻产区的水稻稻瘟病菌对烯肟菌胺的敏感性, 结果表明, 其EC₅₀分布于0.011 1~0.295 6 μg·mL^-1, 平均EC₅₀=(0.078 6±0.056 1) μg·mL^-1。供试菌株对烯肟菌胺的敏感性分布呈单侧峰曲线, 未出现抗药性亚群体, 可将该曲线作为稻病瘟菌对烯肟菌胺的敏感性基线。通过室内药剂驯化获得了7株抗药突变体, 突变频率为1.11×10^-4, 其中2株高抗突变体NJ0811-I和A10的抗性水平大于1 000倍, 抗药性性状能稳定遗传, 致病力显著弱于其亲本菌株;5株低抗突变体抗性水平在2.05～4.55倍之间, 抗药稳定性差, 适合度与亲本无显著性差异。交互抗药性结果表明, 烯肟菌胺与嘧菌酯存在正交互抗药性, 与田间防治稻瘟病常用药剂稻瘟灵、异稻瘟净无交互抗药性。综合分析表明, 稻瘟病菌对烯肟菌胺可能存在低到中等抗性风险。进一步克隆了抗药突变体及其亲本的cytb基因, CYTB氨基酸序列比对结果表明, 2株高抗突变体均在143位由甘氨酸突变为丝氨酸(G143S), 建立了高抗菌株的AS-PCR分子检测方法;而5株低抗突变体cytb基因未发生点突变, 推测可能存在其他的抗性分子机制。     

An avirulence gene to rice cultivar K60 is located on the 1.6-Mb chromosome in <Emphasis Type="Italic">Magnaporthe oryzae</Emphasis> isolate 84R-62B

A Japanese differential rice cultivar K60 was tested with 114 F₁ cultures of Magnaporthe oryzae from a cross between isolates 84R-62B and Y93-245c-2. Segregation patterns of avirulence and virulence in the progeny suggested that avirulence on cv. K60 was controlled by a single gene derived from 84R-62B and tentatively named AvrK60. In the F₁ population, AvrK60 cosegregated with avirulence gene AvrPik on a small 1.6-Mb chromosome of 84R-62B and with the 1.6-Mb chromosome itself. Therefore, we suggest that, along with AvrPik, AvrK60 is also located on the 1.6-Mb chromosome of 84R-62B.     

稻瘟病菌MoCOS1基因调控MoCMR1基因表达的研究

 以往研究证明MoCOS1可能是一个新型的转录因子,其突变体不产生分生孢子,黑色素合成明显减少。经过RNA-Seq分析,发现受MoCOS1调控的基因达到442个,其中MoCMR1的表达水平受到MoCOS1的下调。本研究中通过实时定量PCR进一步证实MoCOS1基因突变导致MoCMR1基因表达水平下降。基因MoCMR1突变后,黑色素产量略有减少,但分生孢子形态及产量和MoCOS1的表达量没有发生变化。     

稻瘟病菌一假定几丁质酶多克隆抗体的制备及其检测

 为检测几丁质酶的表达,制备稻瘟病菌的一假定几丁质酶多克隆抗体,探索其可能运用。将稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae) 几丁质酶基因克隆入融合表达载体pET\|32a,并在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行诱导表达。表达菌株经0.5 mmol/L IPTG诱导4～6 h后,用Ni²⁺\|NTA亲和柱纯化蛋白,得到可溶的几丁质酶\|His融合蛋白。以该融合蛋白免疫新西兰雄兔,制备多克隆抗体。ELISA分析表明该抗体效价达1∶204 800,特异性良好。用该抗体ELISA检测了稻瘟病菌4个不同田间菌株中,不同的菌株表达量不同。对稻瘟病菌侵染水稻3、5和7d后的病叶进行抗原Western验证,结果表明,稻瘟病菌不同的侵染时间其几丁质酶表达量有明显差异。 几丁质酶表达的差异是否与菌株间致病型等生物学和生理学差异有关,目前正在进一步研究。     

东农415稻瘟病抗性遗传分析及基因定位

 粳稻品种东农415自育成以来一直以其早熟、抗病、高产特性而著称,在黑龙江省稻瘟病高发区种植20多年均表现高抗稻瘟病。本研究利用158个采集于黑龙江省不同稻区的稻瘟病菌株对东农415进行接种鉴定,结果表明东农415对黑龙江省稻瘟病菌株有很强的抗性,抗谱高达89.2%。以东农415与丽江新团黑谷(LTH)杂交衍生的F₁和F₂群体为遗传分析试验材料,通过接种鉴定,发现东农415对稻瘟病菌株F-10-11的抗性由一个显性基因控制。进一步采用分子标记结合隐性群体分离分析法,以对菌株F-10-11极端感病的99个F₂单株为作图群体,将东农415的抗病基因定位在第2染色体,距离基因两侧标记RM5300和RM213的遗传距离分别为7.6和3.0 cM,暂命名为Pi-dn(t)。将Pi-dn(t)位点映射到水稻参考基因组图谱上,在抗病位点基因组区段内发现3个编码基因Os02g56010、Os02g55540和Os02g56400具有抗病基因结构域,可作为Pi-dn(t)的候选基因。     

Functional analysis of the 3′ end of avrBs3/pthA genes from two Xanthomonas species

The phytopathogens Xanthomonas oryzae pathovar (pv.) oryzae and Xanthomonas axonopodis pv. citri each contain several avrBs3/pthA family genes. Structural features of these genes important for avirulence and/or virulence functions include a central region of multiple direct repeats and three nuclear localization signals (NLSs) and an acidic activation domain (AAD) at the 3′ end. To identify other regions critical to function in the 3′ ends of these genes, we constructed several chimeras using apl1 and apl2 from X. axonopodis pv. citri and avrXa10 and avrXa7 from X. oryzae pv. oryzae and evaluated their functions by inoculation to citrus and rice. The apl1 and avrXa7 genes are major virulence determinants in citrus and rice, respectively, while the contributions of apl2 and avrXa10 to virulence are negligible or not measurable. Constructs that contained a 417 bp HincII-SphI fragment from the 3′ end of apl1 in combination with the repeats from avrXa7, avrXa10, and apl1 caused a canker phenotype on citrus. Interchange of the HincII-SphI fragment between avrXa7 and avrXa10 abolishes avrXa7 avirulence function and reduces its virulence but it does not affect avrXa10 avirulence function in rice. avrXa7 caused a hypersensitive response (HR) in citrus and replacement of it's 3′ end with that of apl1 resulted in loss of canker and induction of HR. Thus, the HincII-SphI fragment of the avrBs3/pthA gene family is important for avirulence and virulence functions in two different plant species, Oryza sativa and Citrus natsudaidai HAYATA.     

象耳豆根结线虫Hsp70基因的克隆与原核表达

采用RT-PCR、c DNA末端快速扩增法(RACE),克隆了象耳豆根结线虫Hsp70基因的全长c DNA(Me Hsp70)序列。Me Hsp70 c DNA全长2 203 bp,含有1 959 bp的开放阅读框,编码653个氨基酸,相对分子量为71.09 k Da,具有3段Hsp70家族的签名序列,Gen Bank登录号KF739434。同源性分析表明,氨基酸序列与其他真核生物的Hsp70序列具有很高的相似性。该Hsp70与其他物种中的Hsp70进行系统进化分析,结果显示,Hsp70的系统发育树不能体现物种间的亲缘关系,推测其反映的是不同物种间Hsp70生物学功能的相似性程度。构建了一个原核表达载体p EASY-E1-Me Hsp70,当IPTG终浓度为0.4~1.0 mmol/L时,能诱导表达融合蛋白。Me Hsp70基因的克隆和表达,将为象耳豆根结线虫的生态适应性机理研究提供依据。     

树栖真菌对扩散型松材线虫生活史的影响

 松材线虫病是一种涉及多个生物因子的复杂病害系统,其病原松材线虫的生活史受媒介昆虫、寄主、树栖真菌和伴生细菌等多种因素影响。利用感染松材线虫病的马尾松林内的两种优势内栖真菌的3个菌株,松球壳孢(Sphaeropsis sapinea)E11、MHS7.3和小孢拟盘多毛孢(Pestalotiopsis microspora)M32,接种于松褐天牛模拟蛹室,研究松褐天牛蛹期和羽化过程松材线虫种群动态,以及松褐天牛携带扩散型松材线虫的动态变化。结果表明,天牛发育处于蛹期时,松材线虫主要以扩散型三龄幼虫(J_Ⅲ)附着于天牛体表;发育至羽化期时,松材线虫主要以扩散型四龄幼虫(J_Ⅳ)位于天牛体内。不同优势内栖真菌接种处理下,松褐天牛携带的扩散型幼虫数量的大小顺序为:小孢拟盘多毛孢M32>松球壳孢E11>松球壳孢MHS7.3,这与模拟蛹室中松材线虫种群的大小顺序是一致的,表明松褐天牛携带的线虫数目与蛹室中线虫种群的大小关系密切。在松褐天牛携带的J_Ⅲ、J_Ⅳ和扩散型幼虫(J_Ⅲ＋J_Ⅳ)占线虫种群比例方面,松球壳孢E11和MHS7.3均大于小孢拟盘多毛孢M32,显示不适宜繁殖的真菌能促进群体内更多个体转化为扩散型虫态。J_Ⅳ在蛹期的第二天即从天牛体内分离得到,但数量极少,随着J_Ⅲ在羽化前达到最大值,J_Ⅳ也开始大量出现,预示着较大J_Ⅲ种群数量可能是J_Ⅳ大量发生的基础条件之一。研究结果表明在松材线虫的扩散过程中,松林优势树栖真菌对媒介天牛携带的松材线虫数量产生显著影响。