拟南芥与大豆疫霉菌的非寄主互作及一个感病突变体的遗传分析

非寄主抗病性是一种普遍的自然现象, 该文通过建立拟南芥-大豆疫霉菌(Arabidopsis thaliana-Phytophthora sojae)非寄主互作系统, 筛选对大豆疫霉菌感病的拟南芥突变体, 为研究植物对卵菌的非寄主抗病性遗传机制奠定基础。以大豆疫霉菌游动孢子接种拟南芥T-DNA插入突变体离体叶片, 从代表12 000个独立转化株系的40 000株T₃代T-DNA插入拟南芥突变体中获得一系列对大豆疫霉菌感病的突变体。其中突变体581-51感病性状表现稳定, 离体叶片接菌后3天内出现明显的水渍状病斑, 4–5天后产生大量卵孢子和/或孢子囊。细胞学观察发现有典型的吸器形成。Southern杂交和遗传分析结果表明, 581-51突变体含有4个T-DNA插入事件, 其感病性状可能由隐性单基因控制。     

大豆疫霉菌的血清学研究

利用大豆疫霉菌（Phytophthoramegaspermaf.sp.glycinea）的菌丝可溶性蛋白,游动孢子悬浮液和培养液的浓缩物质作免疫原,获得三种抗血清。免疫双扩散测效价表明以菌丝可溶性蛋白作免疫原获得的抗血清效价最高,利用这种抗血清能够检测到4．4ng／ml的菌丝可溶性蛋白抗原,特异性试验表明大豆疫霉菌的抗血清与其它属真菌无交叉反应,但与测试的疫霉属真菌具有不同程度的交叉反应,由于疫霉属真菌只有大雄疫霉大豆专化型侵染大豆,故可用于对大豆疫霉菌的检测、诊断。     

大豆疫霉菌的EMS化学诱变

以甲基磺酸乙酯(ethylmethane sulfonate,EMS)为诱变剂,通过其对大豆疫霉菌Phytophthora sojae休止孢萌发的影响,确定化学诱变条件。通过收集单卵孢子,建立了包含640个单卵孢子系的突变体库,其中约有50%的诱变菌系在培养性状和菌落形态方面发生了明显变化,菌落形态多样,表现出较紧密或松散,近圆形或不规则;气生菌丝减少,生长速度较慢或快;在卵孢子产量方面,8.13%的菌系有增加,20.41%的菌系减少,27.82%的菌系极少或者没有卵孢子产生,43.64%的菌系卵孢子产量类似野生型。以质膜氢离子泵蛋白基因PsPMA1(plasma membrane H+-ATPase1)为对象,通过TILLING技术,从320个大豆疫霉菌突变体中获得9个突变体,进一步确认了EMS对大豆疫霉菌的诱变效果,并且估算EMS对大豆疫霉菌的诱变频率至多每115kb发生一个核苷酸变异。新构建的突变体库为开展大豆疫霉病菌的功能基因组研究奠定了遗传材料基础。     

大豆疫霉对寄主大豆和非寄主菜豆根及根分泌物的响应与其对寄主选择性的关系

【背景】大豆疫霉根腐病作为大豆生产上的一种毁灭性病害已被美国、加拿大等多国报道,其病原菌大豆疫霉(Phtophthora sojae Kaufmann and Gerdemann)为典型的土传病原菌。近年来,土传病原菌与植物根系的互作成为研究土传病原菌寄主选择机制的主要方向。【目的】探究寄主大豆和非寄主菜豆根及根分泌物对大豆疫霉的不同影响,阐明这种影响与大豆疫霉对寄主选择的关系。【方法】应用原位土培法种植大豆疫霉感病品种Sloan、抗病品种Williams82和非寄主菜豆一点红,测定了单个大豆疫霉游动孢子对寄主大豆和非寄主菜豆幼根的侵染行为,收集了寄主及非寄主根分泌物,测定了根分泌物对大豆疫霉游动孢子的趋化作用,包括吸引游动孢子的能力以及对游动孢子成囊、孢囊萌发和芽管生长的影响。【结果】大豆疫霉单个游动孢子对寄主大豆幼根表现强烈趋向性,沿着根面进行多次试探性接触后在根尖伸长区快速成囊并萌发,产生的芽管顶端贴附在幼根表面,在感病大豆品种根面上的芽管比抗病大豆品种上的短且粗,而对非寄主菜豆幼根则不具有趋向性,接触一次后即远离,最终在距离幼根75μm的位置成囊萌发,且芽管生长不具有方向性。此外,大豆疫霉游动孢子对抗病、感病大豆和非寄主菜豆幼根的侵染行为差异完全在根分泌物试验中重现,即寄主大豆根分泌物对大豆疫霉游动孢子具有较强的趋向作用,能够有效吸引游动孢子,促进游动孢子快速成囊及萌发,抑制芽管的伸长,而非寄主菜豆根分泌物不具有上述作用。【结论】大豆疫霉对寄主的选择性与根分泌物有关,为进一步了解大豆疫霉的寄主选择机制提供理论依据。     

大豆疫霉菌ITS分子检测程序的建立及其应用

依据GenBank中登录的大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)、近缘种及相似种rDNA的ITS区序列差异,进行多重比较后设计合成一对大豆疫霉菌特异引物,并在PCR反应体系和扩增条件优化的基础上,对包括大豆疫霉菌在内的共140个菌株进行PCR检测。结果表明,电泳后只有大豆疫霉菌扩增出一条288bp的特异性条带。运用设计的大豆疫霉菌专用引物(专利申请号200610089105.4)及建立的检测程序对大豆疫霉菌纯培养游动孢子、接种于土壤中的游动孢子和卵孢子以及接种发病的大豆染病组织进行了检测应用,结果显示该检测程序对接种于土壤中的大豆疫霉菌游动孢子和卵孢子的检测理论精度分别达0.3和0.06个孢子,对染病组织检测也表现出了较高的灵敏度。     

植物提取物对大豆疫霉菌抗菌活性的初步研究

采用Paper Disk法测定了云南省200种植物的提取物对大豆疫霉(Phytophthora sojae)的抑菌活性。结果表明,光叶合欢(Albizia lucidior)、白钩藤(Uncaria sessilifructus)及黄豆树(Albizia procera)的提取物在浓度为10μg/μL时有较好的抗菌活性,而在2.5μg/μL时只有黄豆树提取物显示出抗菌活性。并从黄豆树中分离出其抗菌的主要活性成分3-O-[α-L-arabinopyranosyl-(1→2)-β-D-fucopyranosyl-(1→6)-2-acetamidO-2-deoxy-β-D-glu-copyranosyl]echinocystic acid。     

大豆疫霉菌一个DNA指纹分析重复序列探针的鉴定

【目的】大豆疫霉菌指纹分析的建立和黑龙江与新疆大豆疫霉菌群体的群体遗传分析。【方法】利用生物信息学方法寻找大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)的中度重复序列,并对黑龙江和新疆大豆疫霉菌进行DNA指纹分析。【结果】分析得到一个中度重复序列,定名为PS1227。Southern blot分析表明PS1227在大豆疫霉菌基因组中约有34条可辨的介于1.5-23kb之间的杂交条带,其中21个杂交条带在49个供试菌系中表现多态性。单游动孢子分析表明PS1227指纹特征在病菌无性生殖阶段表现稳定。利用PS1227标记,本实验发现采自黑龙江HP4002、SY6和GJ0105菌系分别与新疆的DW303、71228和71222菌系具有完全相同的指纹特征。【结论】获得一个可用于大豆疫霉菌流行学和群体生物学研究的指纹分析序列PS1227,在分子水平证实了新疆大豆疫霉菌可能由黑龙江传入。     

大豆疫霉菌的分离与鉴定

采用叶碟诱捕法从2007年进口的美国大豆携带的土壤和2006年从黑龙江感病大豆田采集的土壤中分离出2株疫霉菌菌株,并对病原菌进行了形态特征、致病性、分子检测。结果表明:形态观察为疫霉属真菌;接种大豆后出现典型的大豆疫病症状;采用大豆疫霉的特异性引物PCR检测,2个菌株均能扩增出分子量为330 bp的特异性条带。结合形态、致病性测定和分子检测,2株病菌鉴定为大豆疫霉菌(Phytophthora sojaeKauf-mann et Gerdemann)。     

银杏叶片三种酶活性变化与抗疫霉菌关系的研究

将疫霉菌离体接种于银杏叶片,发现不同龄期银杏叶片对疫霉菌的抗病性有差异,叶龄为100d的抗病性较强,叶龄为20d的抗病性较弱。不同银杏品种叶片对疫霉菌的抗性也有差异,潮田1号和大佛手2号较抗病,大佛手1号和桂G86-1较感病。不同龄期叶片接种后,其过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的酶活性变化与抗病性成正相关,而多酚氧化酶(PPOD)的酶活性变化与抗病性没有相关性;不同银杏品种叶片接种后,品种间的抗病性与PPOD酶活性变化成正相关,而POD和PAL的酶活性变化与品种间的抗病性没有相关性。可见,POD、PPOD和PAL的酶活性变化没有明显规律性,不能作为衡量银杏叶片抗病性的生化指标。     

水稻类病斑突变体的生理与遗传分析

从全基因组水平上筛选获得了10个籼稻和8个粳稻类病斑(lesion resembling disease,lrd27-44)突变体.从突变体性状受环境影响敏感程度可以分为环境钝感型和环境敏感型.从发育进程可以分为全生育期类病斑型,营养生长阶段起始类病斑型和生殖生长阶段起始类病斑型.病斑的光诱导表明病斑由受光信号激发的程序性细胞死亡引起,而不受损伤诱导.对其中4个突变体lrd32,lrd39,lrd40和lrd42的遗传分析结果表明,这些类病斑性状由1或2对隐性基因控制.两个突变体lrd37和lrd40表现出对白叶枯病菌的广谱抗病性,有关基因定位克隆正在进行中.     

拟南芥雄性不育突变体ms214的遗传与功能分析

经过EMS诱变、背景纯化以及遗传分析,得到一株隐性核基因控制的拟南芥雄性不育突变体ms214,用图位克隆的方法将突变基因MS214定位于拟南芥第一条染色体上顶端700kb的区间内。生物信息学分析发现,该区间内有一个与蜡质合成有关的基因CERl;测序分析表明在突变体ms214中,CERl基因第一个外显子上碱基由C^509变成了u^509的突变,导致CER蛋白在该处的氨基酸由脯氨酸^170变成了亮氨酸^170;等位实验结果表明ms214和cerl是等位突变体。ms214突变体的茎和果荚呈现出与野生型不同的亮绿色;组织切片观察结果表明,突变体花药发育各个时期无异常变化;扫描电镜观察发现ms214的茎和果荚的表皮没有蜡质的形成,但是突变体成熟花粉粒表面含油层异常,具有许多小的脂肪小滴。这些结果揭示了MS214蛋白质参与蜡质合成过程,而且脯氨酸^170是该蛋白质行使功能所必需的。     

化学诱导激活型拟南芥突变体库的构建及分析

利用化学诱导激活XVE（LexA-VP16-ER）系统构建了一个包含40000余个独立转化株系的拟南芥突变体库,并对其中的18000余个株系进行了初步的遗传学和表型分析鉴定。卡那霉素抗性分离比表明,51．6％的株系为单位点插入株系,T-DNA插入的平均拷贝数为每株系1．38个。部分T1代和T2代植株表现出了可见的形态变异,包括下胚轴长度、根长度、植株大小和颜色、叶子颜色和形态、开花时间、种皮颜色及结实情况等对数个代表性突变株系表型及T—DNA插入位点侧翼序列进行了分析,结果表明突变体的表型是由于T—DNA的插入造成的,而且这些突变体中包括前人发现的AP2和AGAMOUS的等位基因。由于T-DNA标记或相邻的基因可被XVE系统诱导性的激活,或被T-DNA破坏导致功能缺失,该突变体库可以用于大规模筛选鉴定功能缺失性和功能获得性突变体。     

拟南芥叶绿体分裂突变体pdl37的基因鉴定与分析

pd137是经甲基磺酸乙脂（ethyl methane sulphonate, EMS）诱变并通过筛选得到的一个拟南芥叶绿体分裂突变体。该突变体的叶绿体表型与野生型相比有很大差异： 叶绿体面积显著增大, 细胞中叶绿体数量明显减少。遗传分析显示pd137的突变表型受隐性单基因控制。本研究通过遗传作图将该突变基因粗定位于拟南芥2号染色体的分子标记CH2-13.70和CH2-16.0区间内。该区间内已知的与叶绿体分裂相关的基因只有FtsZ2-1。对FtsZ2-1基因的测序结果显示pd137突变体的FtsZ2-1基因第505位碱基发生了无义突变, 使蛋白质翻译提前终止。该突变还严重影响了FtsZ2-1基因的mRNA水平。转基因互补实验进一步验证了该突变体表型是由于FtsZ2-1基因突变引起。本项工作为研究叶绿体分裂的机制提供了新材料和一些有用的线索。     

拟南芥叶绿体分裂突变体cpd111的基因定位与分析

通过EMS(ethyl methane sulphonate)诱变从拟南芥(Arabidopsis thaliana)突变体库中筛选到一个叶绿体分裂突变体(c)hloro(p)last (d)ivision 111 (cpd111).遗传学分析表明,该突变体的表型是单基因控制的隐性性状.与野生型相比,突变体植物细胞的叶绿体数量少,叶绿体形态和大小多样化,并且细胞体积与叶绿体数量之间无相关性.利用图位克隆的方法确定cpd111的突变基因为FtsZ1.进一步的分析表明,该突变影响FtsZ7基因mRNA的正常剪切和稳定性,使蛋白质翻译提前终止,最终导致叶绿体分裂异常.该工作为研究FtsZ1在叶绿体分裂中的作用提供了新的材料和线索.     

油菜素内酯不敏感型的拟南芥突变型筛选

自1979年Grove等首次从油菜（＆．wM－。。WL·）花粉中分离出油菜素内酯（brassinolide,BR）以来,人们已在该激素的生理反应和对植物生长发育等方面进行了许多研究（Kalinich等1985,Mandava1988,吴登如和赵硫橘1993）。但由于这类激素在10－'mol／L浓度水平就能诱导大豆、水稻等多种植物细胞的生长和分裂（Sasse1991）,而且在植物体内含量极低,因此用传统的方法研究它的作用方式非常困难。目前,利用激素突变体来研究激素代谢及其分子机制已有不少成功的例子,如生长素（Keily和Bradford1986,Lincoln等1990）、赤霉素（Singh…     

拟南芥雄性不育突变体fne的遗传与定位分析

在T-DNA插入突变体Salk_118481株系的群体中,筛选到一株雄性不育突变体,用T-DNA序列上的一对引物进行PCR鉴定表明其基因组中没有T DNA插入。通过背景纯化与遗传分析发现该雄性不育突变体是由单个隐性基因控制的,引起不育的主要原因是在花药发育的第13~14期,花丝不能伸长以完成授粉,故该突变体命名为fne （filament no elongation）。利用图位克隆的方法对FNE基因进行了定位,结果表明FNE基因位于第五条染色体上分子标记MBD2和MMG4之间的97kb区间内。目前该区间内尚未见到控制花丝伸长基因的报道,因此,FNE基因是一个控制花丝伸长的新基因。     

拟南芥雄性不育突变体ms1142的遗传定位与功能分析

经EMS诱变野生型拟南芥（Arabidopsis thaliana）群体筛选得到一株雄性不育突变体ms1142,突变体的果荚短小,不含种子。细胞学观察和扫描电镜结果表明,突变体花药发育过程中,花药中小孢子外壁异常、破裂,最后没有花粉形成。遗传分析表明,该突变体为隐性单核基因突变所致;利用图位克隆的方法将MS1142基因定位于第1条染色体的BAC克隆F16P17上44kb区间内,目前尚未见该区间内有雄性不育基因的报道。以上结果结合生物信息学分析表明,MS1142是一个新的调控花药发育的关键基因。该工作为花药发育关键基因MS1142的克隆及功能分析奠定了基础。     

拟南芥雄性不育突变体ms1502的遗传及定位分析

通过EMS诱变、背景纯化与遗传分析,从拟南芥（Arabidopsis thaliana）中筛选到了一棵隐性单基因控制的雄性不育突变体ms1502。细胞学观察发现,突变体在小孢子从四分体释放出后花药绒毡层过早衰亡,小孢子的内容物不正常地凝聚,最终无法形成正常的花粉粒。利用图位克隆的方法对该基因MSl502进行了定位,结果表明MS1502位于第4条染色体上分子标记F25124和T12H20之间105kb区间内。目前该区间内尚未见到花药发育必需基因（不育基因）的报道,因此MS1502是一个控制花粉发育的新基因。