大丽轮枝菌 VdCPMO基因克隆与功能分析

大丽轮枝菌 Verticillium dahliae是一种典型的土传病原真菌,可侵染400多种植物引致黄萎病,造成巨大的经济损失。微菌核是大丽轮枝菌的特殊休眠结构,能够在土壤中存活14年之久,是病害的主要初侵染来源。本研究在前期微菌核萌发表达谱的基础上,选择上调倍数最高的环戊酮1,2-单加氧酶基因（ VDAG_03943）,进行克隆与功能分析。结果表明,该基因全长1 929bp,cDNA序列全长1 668bp,编码555个氨基酸组成的蛋白,命名为 VdCPMO。与野生型菌株JY相比,敲除突变体菌株的菌落生长减慢,微菌核萌发率显著降低,芽管平均长度明显较短,而互补突变体菌株与野生型菌株JY间无显著性差异。致病力测定结果显示,敲除突变体菌株的微菌核丧失了对棉花的致病力。     

大丽轮枝菌黑色素合成相关基因与微菌核形成的关系

大丽轮枝菌是一种重要的土传植物病原真菌,以休眠结构微菌核作为初始接种体,可侵染660多种植物引致黄萎病。微菌核是致密的多细胞结构,表面附着大量的DHN黑色素。许多报道指出,在微菌核发育过程中,传统的DHN黑色素合成途径中有5种催化酶编码基因Vd PKS、Vd T4HR、Vd SCD、Vd T3HR和Vd LAC均被诱导表达,但这些基因与微菌核形成的关系目前尚无报道。本研究通过基因敲除技术,系统研究了传统DHN黑色素合成通路上这5种关键酶编码基因及一种缩链催化酶编码基因Vayg1在大丽轮枝菌黑色素合成及微菌核形成中的作用。结果表明,大丽轮枝菌DHN黑色素合成需要Vayg1基因的参与,且Vayg1和Vd T3HR基因还参与微菌核的形成过程。因此,Vayg1基因和Vd T3HR基因可作为黄萎病防治的新靶标。     

大丽轮枝菌微菌核的萌发条件及致死温度

微菌核是大丽轮枝菌在土壤中的主要存活结构和初侵染源,在土壤中可存活14年之久,其数量及存活状况直接影响着大丽轮枝菌型黄萎病的发生为害程度。以棉花黄萎病菌Verticillium dahliae XJ2008菌株为试材,研究了微菌核萌发的最佳条件、致死温度及土壤温度对微菌核存活的影响。结果表明,20℃、pH8.0是微菌核萌发的最佳条件。大丽轮枝菌微菌核具有很强的耐高温特性,随着处理时间的延长,微菌核的萌发率呈下降趋势,在55℃及以上处理时其萌发率下降迅速,而在50℃及以下处理时其萌发率下降相对较慢,在55℃处理360min可使微菌核完全致死,而在40℃、45℃和50℃处理1,440min,仍然有少量的微菌核存活,但其萌发率随着时间的推移呈下降趋势。土壤微菌核模拟试验结果表明,土壤温度对微菌核有很强的致死作用,40℃条件下处理4d后土壤中的微菌核已全部死亡。该研究结果为通过覆膜增温防治作物黄萎病提供了理论依据。     

大丽轮枝菌致病及微菌核形成相关基因研究进展

大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)致病力强且宿主范围广,能以微菌核的形式在土壤中存活多年,当遇到合适的宿主就萌发,因此极难防控,对农业生产造成巨大危害。目前已经发现多种影响大丽轮枝菌致病力的基因,最为重要的发现为大丽轮枝菌能够形成侵入钉入侵植物,许多效应因子也是由侵入钉颈环处分泌出大丽轮枝菌并最终调控植物的免疫防御。同时,研究也表明黑色素对于形成成熟的微菌核非常关键,并且许多与微菌核形成相关的基因也与大丽轮枝菌致病相关。但目前的研究尚未完全阐明大丽轮枝菌如何导致植物萎蔫坏死以及微菌核形成的分子机理。综述了近年来有关大丽轮枝菌致病及微菌核相关基因的研究进展,以期为大丽轮枝菌致病及微菌核形成机理的进一步研究奠定理论基础。     

大丽轮枝菌VdSCH9基因的功能研究

大丽轮枝菌是一种土传性植物病原真菌,可侵染多种植物并引发黄萎病。目前,人们关于大丽轮枝菌的侵染和致病机制的了解还很不深入。本文通过敲除大丽轮枝菌编码丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶基因VdSCH9,阐明了其在大丽轮枝菌生长发育及致病过程中的作用。SCH9基因在酵母中的表达与cAMP-PKA途径和TOR信号通路相关,对酵母的生长、压力响应和寿命等有重要作用。大丽轮枝菌VdSCH9敲除突变体的生长速率显著下降,菌落边缘菌丝更为稀疏,菌丝分枝减少,对棉花植株为害的平均病情指数为56.6,显著低于野生型和互补突变体的平均病情指数90.5和82.8,对茄子植株为害的平均病情指数为65.9,也显著低于野生型和互补突变体的平均病情指数91.1和89.8。另外,敲除突变体对于高渗透压、氧化还原压力、细胞膜和细胞壁完整性等压力条件的敏感性增强。因此,VdSCH9对于大丽轮枝菌的生长、压力响应及致病力均有重要作用。     

过量表达GhPFN2基因增强棉花对大丽轮枝菌的抗性

越来越多的研究表明,微丝骨架参与植物先天免疫过程,但是其作用机制尚不明确.本研究发现,棉花(Gossypium spp.)的profilin基因(GhPFN2)在大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染条件下表达水平上调,推测GhPFN2可能参与棉花应答黄萎病过程.当棉花根部侵染大丽轮枝菌后,根表皮细胞中微丝的密度和成束度显著增加.与野生型相比,过量表达GhPFN2棉花对黄萎病的耐受性提高,并且棉花根部微丝骨架高级结构与野生型受到大丽轮枝菌侵染后的表型一致.这些结果表明,GhPFN2能够介导微丝骨架的重排,进而参与棉花抵御大丽轮枝菌的侵染过程.     

大丽轮枝孢微菌核的形成条件

以棉花黄萎病菌Verticillium dahliae XJ2008菌株为试材,研究了培养基类型、pH值、温度等因素对棉花黄萎病菌微菌核形成的影响,确立了微菌核形成的最佳培养条件,并对采自新疆、江苏、河南、陕西、山东等地的15个棉花黄萎病菌菌株进行了测试。结果表明,适合于棉花黄萎病菌微菌核大量产生的培养基为基础改良培养基（BMM）、pH值为9.5－11.5、温度为20℃。在该条件下,15个大丽轮枝孢菌株在接种后第12天即可产生大量的微菌核,不同菌株产生微菌核的数量及大小间存在着显著差异,但均与病菌的致病性     

青海地区萝卜黑心病病原

2018-2021年自青海西宁及其周边地区采集萝卜黑心病样品66份,采用组织分离法对样品进行分离并纯化,获得80株轮枝菌属菌株,编号为VL1-VL80。供试菌株在PDA上生长十分缓慢,培养后产生微菌核和轮枝状分生孢子梗。微菌核不规则形,53.91-164.42×8.91-29.81 μm,平均长宽比大于2。分生孢子透明且较长,5.35-9.31×2.12-4.78 μm,不产生厚垣孢子和休眠菌丝。ITS和ACT序列测定分析表明,供试菌株均属于长孢轮枝菌A1/D1株系。测定4株代表性菌株的ITS、ACT、EF、GPD、OX和TS的片段序列,分别构建ITS片段和多基因系统发育树,ITS发育树表明供试菌株与长孢轮枝菌位于同一个分支,多基因系统发育分析表明供试菌株与长孢轮枝菌A1和D1株系位于同一个分支。致病性测定结果表明,可侵染萝卜引起黑心病症状。以上研究结果表明,青海地区萝卜黑心病菌病原为长孢轮枝菌A1/D1株系,这是我国首次报道长孢轮枝菌A1/D1株系。     

大丽轮枝菌甘油-3-磷酸脱氢酶的功能分析

大丽轮枝菌可侵染棉花、马铃薯、番茄等660余种寄主植物,引致黄萎病,造成严重的经济损失.为了深入了解大丽轮枝菌的致病机制,本研究在前期棉花提取物诱导大丽轮枝菌转录组分析的基础上,选择上调差异表达的线粒体甘油-3-磷酸脱氢酶基因VdGut2 (VD592_6958_Chr4)和非差异表达的胞质甘油-3-磷酸脱氢酶基因Vd...     

从功能基因到生物学性状:大丽轮枝菌致病性形成的分子基础

大丽轮枝菌为典型的土传维管束病原真菌,针对其致病相关基因的挖掘与功能解析一直是植物病理学研究的热点.大丽轮枝菌具有定殖维管束、"毒素"致萎、形成微菌核、种群分化多元化等特征,这些性状最终支撑或决定了病原对寄主的致病性基础.从进化角度来说,功能基因决定生物学性状.截至目前,在大丽轮枝菌中已鉴定出上百个功能基因;但针对其与...     

小麦TaLCD基因的克隆及其对渗透胁迫的调节作用

半胱氨酸脱巯基酶(CDes)可催化降解半胱氨酸(Cys)生成硫化氢(H₂S)。通过克隆小麦(Triticum aestivum)中的L-半胱氨酸脱巯基酶基因TaLCD, 并将其在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达, 探讨TaLCD对渗透胁迫条件下种子萌发和根系生长的影响, 并分析其对干旱胁迫的调节作用。结果显示, 盐胁迫条件下, TaLCD过表达植株种子萌发率显著高于野生型; 甘露醇处理条件下, TaLCD过表达植株的根长也显著高于野生型, 且TaLCD过表达显著提高植株抗旱性。此外, TaLCD过表达植株对ABA更加敏感, ABA处理下TaLCD过表达植株的种子萌发率及根长均显著低于野生型。干旱胁迫下, TaLCD过表达植株胁迫响应基因(COR47、RD29A、RAB18和RD22)及ABA信号途径相关基因(NCED3、HAB1、HAB2、ABI1、ABI2和ABF2)的表达水平均显著高于野生型。因此推测, TaLCD增强植株抗旱和抗盐能力可能依赖于ABA信号途径。     

固氮植物绿豆对核桃幼苗生长、叶片气孔气体交换及水力特征的作用

采用砂培方法, 在温室内将一年生核桃(Juglans regia)嫁接苗木和绿豆(Vigna radiata)进行间作, 研究绿豆对核桃苗木生长、水分平衡和光合特性的影响。该研究设有5种处理, 即: 对照(核桃单作, 正常供应氮素); 核桃单作, 不添加氮素; 核桃绿豆间作, 不添加氮素; 核桃绿豆间作, 正常供应氮素; 绿豆单作, 不添加氮素。结果显示: 种植绿豆可以增加土壤氮含量和核桃茎内氮含量, 但对核桃叶和根系中的氮含量影响不明显。种植绿豆显著增加不施氮核桃的高生长和直径生长, 但降低了正常供氮核桃的生长。无论种植绿豆与否, 不供氮处理降低了核桃的总叶面积, 提高了根冠比。核桃叶片气孔气体交换对各处理的响应和生长有相同的趋势。缺氮显著降低了核桃叶柄在中午的导水率、提高了导水损失率; 种植绿豆显著提高不供氮核桃的导水率而且明显降低了其导水损失率。然而, 种植绿豆使正常供氮的核桃降低了导水率, 加剧了导水损失率。同时, 绿豆受到间作的竞争压力, 产量和生物量有所下降。由研究结果可知, 在贫瘠的土壤上, 固氮植物绿豆改善了间作的核桃的氮营养, 有益于核桃木质部发育、水分平衡以及光合代谢。但是在氮充足的土壤中, 种植绿豆反而降低了核桃的水分供应, 影响其气体交换和生长。     

极小种群濒危植物广西火桐、丹霞梧桐的叶绿体基因组特征

广西火桐(Firmiana kwangsiensis)和丹霞梧桐(F. danxiaensis)是我国南方特有物种, 其分布范围狭窄, 种群数量少。为了解其叶绿体基因组结构及系统发生关系, 本文通过高通量测序方法获得广西火桐和丹霞梧桐的浅层基因组数据, 通过生物信息学方法对叶绿体全基因组进行组装, 并对其结构特征进行分析。结果表明: 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组大小分别为160,836 bp和161,253 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构, 包含长度分别为89,700 bp、90,142 bp的大单拷贝区(large single copy, LSC), 长度分别为19,970 bp、20,067 bp的小单拷贝区(small single copy, SSC)及长度分别为25,583 bp、25,522 bp的2个反向重复序列区(inverted repeat sequence, IR)。两个物种的叶绿体基因组共注释得到131个基因, 包括86个蛋白编码基因、37个tRNA基因和8个rRNA基因。广西火桐的叶绿体基因组中共检测出26个正向重复序列、2个反向重复序列、21个回文重复序列、21个串联重复序列和98个简单重复序列; 丹霞梧桐叶绿体基因组中共检测出23个正向重复序列、5个反向重复序列、21个回文重复序列、30个串联重复序列和107个简单重复序列。系统发生分析结果表明5种梧桐属(Firmiana)植物构成两个强烈支持的分支(支持率100%), 一个分支为广西火桐、美丽火桐(F. pulcherrima)和火桐(F. colorata), 其中广西火桐与美丽火桐构成姐妹群; 另一分支是互为姐妹群的丹霞梧桐和云南梧桐(F. major)。综上所述, 广西火桐和丹霞梧桐的叶绿体基因组结构、基因排列及重复序列具有较高的相似性, 系统进化树将5种梧桐属物种分为两个分支, 其中广西火桐和美丽火桐最近; 而丹霞梧桐与云南梧桐关系最近。本研究鉴定的SSR位点可为梧桐属物种系统发生、进化关系的研究提供遗传信息。     

Effects of a nitrogen fixing plant Vigna radiata on growth,leaf stomatal gas exchange and hydraulic characteristics of the intercropping Juglans regia seedlings

采用砂培方法, 在温室内将一年生核桃(Juglans regia)嫁接苗木和绿豆(Vigna radiata)进行间作, 研究绿豆对核桃苗木生长、水分平衡和光合特性的影响。该研究设有5种处理, 即: 对照(核桃单作, 正常供应氮素); 核桃单作, 不添加氮素; 核桃绿豆间作, 不添加氮素; 核桃绿豆间作, 正常供应氮素; 绿豆单作, 不添加氮素。结果显示: 种植绿豆可以增加土壤氮含量和核桃茎内氮含量, 但对核桃叶和根系中的氮含量影响不明显。种植绿豆显著增加不施氮核桃的高生长和直径生长, 但降低了正常供氮核桃的生长。无论种植绿豆与否, 不供氮处理降低了核桃的总叶面积, 提高了根冠比。核桃叶片气孔气体交换对各处理的响应和生长有相同的趋势。缺氮显著降低了核桃叶柄在中午的导水率、提高了导水损失率; 种植绿豆显著提高不供氮核桃的导水率而且明显降低了其导水损失率。然而, 种植绿豆使正常供氮的核桃降低了导水率, 加剧了导水损失率。同时, 绿豆受到间作的竞争压力, 产量和生物量有所下降。由研究结果可知, 在贫瘠的土壤上, 固氮植物绿豆改善了间作的核桃的氮营养, 有益于核桃木质部发育、水分平衡以及光合代谢。但是在氮充足的土壤中, 种植绿豆反而降低了核桃的水分供应, 影响其气体交换和生长。     

陆地棉GST基因家族全基因组分析

谷胱甘肽转移酶(glutathione-S-transferase, GST)是一种普遍存在的具有多功能的超家族蛋白,在植物初次生代谢、逆境胁迫、胞间信号传递等方面具有重要作用;同时,作为配体其在植物激素代谢以及物质转运方面也发挥作用。为了解析陆地棉(Gossypium hirsutum L.) GST基因家族的信息,本研究对该基因家族成员的种类、进化关系、物理定位、基因结构和保守基序以及表达模式进行了分析。结果显示,在陆地棉全基因组中共含有70个GST基因,进化树和基因结构分析将该家族分为U族、F族、T族、Z族、EF1Bγ族和TCHQD族。基因定位分析发现,除了AD/At2、AD/At4、AD/At5、AD/Dt5、AD/Dt10号染色体上没有GST基因外,其他染色体上都有GST基因,并且在AD/At9、AD/Dt7、AD/Dt12、AD/Dt13这4条染色体上出现基因簇。对F族(Phi类) 9个GST基因进行荧光定量分析,结果表明,除GhGSTF1可能为假基因外,GhGSTF2~9等8个基因在陆地棉根、茎、叶以及各个发育时期的纤维中均有表达;结合生物信息学分析,推测GhGSTF8可能参与原花青素/花青素的转运和积累;GhGSTF4、GhGSTF6和GhGSTF9可能在调节陆地棉的生长和胁迫反应中起作用,而GhGSTF2、GhGSTF3、GhGSTF5和GhGSTF7的功能还有待进一步研究。本研究为陆地棉GST基因家族的分子进化及功能研究提供了理论依据。