氨基糖代谢通路影响尖孢镰刀菌古巴专化型厚垣孢子的形成

尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f. sp. cubense（FOC）是威胁香蕉生产的重要土传病原真菌,其厚垣孢子可在土壤中存活多年,是香蕉枯萎病的重要侵染源。为解析该病菌厚垣孢子的形成机制,本研究建立了厚垣孢子的诱导形成体系。通过氨基糖添加试验,证明添加N-乙酰葡糖胺可抑制厚垣孢子的形成;通过对该病菌厚垣孢子形成前期（0h）、初期（24h）、中期（48h）和后期（96h）的转录组分析,发现氨基糖代谢通路中有41个基因的表达水平在厚垣孢子形成过程中发生了变化,其中9个基因与几丁质合成相关,32个基因与糖类化合物的合成和代谢及催化转换相关。本研究首次证明了氨基糖代谢通路与尖孢镰刀菌古巴专化型厚垣孢子形成的相关性。     

尖孢镰刀菌古巴专化型MAPK FoSlt2敲除突变体的转录组分析

尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f. sp. cubense（FOC）是威胁香蕉生产的重要土传病原真菌。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）FoSlt2信号通路在调控尖孢镰刀菌古巴专化型的生长发育、细胞壁完整性和致病性方面发挥着重要作用。为了揭示FoSlt2信号通路的致病机理和寻找农药靶标,本研究利用高通量RNA-seq技术对该病菌野生型菌株和FoSlt2敲除突变体菌株的转录组进行了比较分析,结果表明差异表达基因共有2 164个,其中上调表达基因有1 184个,下调表达基因有980个。Gene Ontology（GO）功能分析结果表明,差异表达基因主要参与在结合、催化分子功能组和代谢过程、细胞过程生物学通路中。KEGG 功能富集分析结果表明,差异基因主要参与戊糖和葡糖醛酸盐转换、氨基糖和核苷酸糖、氨基葡聚糖降解、磷酸肌醇和碳类物质代谢通路,说明这些通路与尖孢镰刀菌古巴专化型的生长发育和致病性相关。该研究为尖孢镰刀菌古巴专化型致病机制的阐明奠定了理论基础。     

基于多基因序列分析对尖孢镰孢菌古巴专化型（香蕉枯萎病菌）生理小种的鉴定

由尖孢镰孢菌古巴专化型Fusarium oxysporum f. sp. cubense, Foc引起的香蕉枯萎病是香蕉生产上的毁灭性病害,自1996年以来已对我国华南地区香蕉生产造成了严重危害。传统上香蕉枯萎病菌生理小种的鉴定主要采用人工接种鉴别寄主尔后测定病菌致病性的方法,但实验周期长,且受季节影响。以来自澳大利亚的香蕉枯萎病菌生理小种1号（BW1）、2号（Race 2）、3号（Race 3）以及亚热带4号（BW4）为对照,对分离自我国华南地区主要香蕉产区（广东、广西、海南、福建等省区）的14株香蕉枯萎病菌的单孢菌株进行致病性测定,并结合热带4号小种（TR4）和亚热带4号小种（ST4）的分子特异检测方法,确定其生理小种类型;同时,利用ITS、TEF-1α、IGS、histone H3、β-tubulin等 5个主要用于镰孢菌系统发育学研究的基因,研究不同地区不同来源的Foc菌株之间的亲缘关系及其与非病原尖孢镰孢菌的关系,并评价这5个基因在香蕉枯萎病菌生理小种鉴定上的应用价值。研究结果表明：（1）来源于我国华南地区的4号小种主要为热带4号小种;（2）TEF-1α、IGS、histone H3等3个基因片段能够将Foc中不同生理小种的菌株划分成不同的系统发育谱系,与致病性测定的结果具有对应关系,也能较好地反映尖孢镰孢菌种内菌株的亲缘关系,可用于香蕉枯萎病菌生理小种鉴定;（3）我国Foc 1号生理小种的遗传多样性高于4号生理小种,Foc 1号生理小种的菌系与来自香蕉果实上的非病原尖孢镰孢菌的亲缘关系比其与Foc 4号生理小种的菌系的亲缘关系更近。     

氧化胁迫对粉红螺旋聚孢霉生长和产厚垣孢子的影响

通过改变液体发酵通气量和添加不同种类活性氧(O2-,H_2O_2,OH·),研究氧化胁迫对粉红螺旋聚孢霉67-1菌丝生长和产厚垣孢子的影响。结果表明,氧化胁迫对真菌菌丝和孢子的影响不同。低氧胁迫下,67-1菌丝生长状态发生改变,培养液装量越多,菌丝分枝越少,并且厚垣孢子产量越低。发酵过程中添加一定量的活性氧可以调控粉红螺旋聚孢霉厚垣孢子的形成。接种前添加5-6 mmol/L H_2O_2,菌株产厚垣孢子水平显著提高,浓度达到9 mmol/L时,67-1生长和产孢完全受到抑制。培养16 h后添加,67-1对H_2O_2的耐受力增强。培养基中添加甲萘醌能够抑制厚垣孢子的形成,培养16 h后添加350μmol/L甲萘醌则可以提高67-1厚垣孢子的产量。在Fe2+-H_2O_2体系中,不同添加时间高氧胁迫均能够显著促进厚垣孢子的生成(P0.05)。     

尖孢镰孢菌果胶裂解酶基因家族鉴定及侵染表达模式分析

【背景】番茄枯萎病是番茄生产中常见的土传真菌病害。【目的】为鉴定番茄枯萎病基因组果胶裂解酶基因家族,明确该基因家族在侵染过程表达模式。【方法】采用生物信息学方法鉴定了番茄枯萎病尖孢镰孢菌(Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici)基因组内PEL基因家族,并分析了基因结构、染色体定位及三级结构,同时利用荧光定量PCR分析了FoPEL1-16基因在接种番茄根系的表达情况。【结果】番茄尖孢镰孢菌基因组内PEL基因家族成员有16个。氨基酸序列长度在163-548个氨基酸,信号肽长度在16-21个氨基酸。染色体定位分析表明16个基因在染色体上分布不均,分别定位在7条染色体上。根据基因结构和保守基序分析结果 16个基因可分为4类。进化分析表明该基因家族成员可聚成4支。三级结构预测结果显示同一家族存在相似结构域。荧光定量PCR分析结果表明Fo PEL基因在侵染过程表达水平明显上升。【结论】番茄尖孢镰孢菌基因组内果胶裂解酶以基因家族形式存在,其基因结构存在差异暗示了其功能多样性;FoPEL基因在侵染过程表达明显增强,说明其参与病原菌的致病性。本研究为解析尖孢镰孢菌致病基因功能分析及寄主病原互作提供了重要理论基础。     

香蕉上的镰孢菌种类及其系统发育关系(英文)

镰孢菌属真菌是香蕉上的重要病原菌,主要引起香蕉枯萎病以及香蕉冠腐病,在我国已明确引起香蕉枯萎病的病原为尖孢镰孢古巴专化型 Fusarium oxysporum f. sp. cubense(FOC)1号和4号生理小种,但是引起香蕉冠腐病的镰孢菌种类还未明确。为了解香蕉上镰孢菌在种间及种内水平上的多样性,2008–2011 年间作者从华南地区不同的水果市场及香蕉果园采集香蕉样品90份,分离得到143株镰孢菌。通过形态学观察及基于 EF-1α基因的系统进化分析鉴定出10种镰孢菌,即F. oxysporum、F. solani、F. camptoceras、F. pallidoroseum、F. stiloides、F. chlamydosporum、F.verticillioides、F. proliferatum、F. concentricum、F. sacchari,以及藤仓赤霉复合种(Gibberella fujikuroi species complex,GFC)中 3 个未定名的类群。轮纹镰孢 F. concentricum 及甘蔗镰孢 F.sacchari 是香蕉果实中最常见种,前菌为我国首次报道,后菌是首次报道与香蕉有关。对从香蕉上分离的藤仓赤霉复合种(GFC)及尖孢镰孢复合种(FOSC)的EF-1α序列进行了系统发育分析,其GFC中的27个菌株组成的单系群可分为7个不同的亚群,分别为 F.verticillioides、F. proliferatum、F. concentricum、F. sacchari 以及3个没有描述过的菌系 Fusarium sp. 1、Fusarium sp.2和 Fusarium sp.3;FOSC中的50个菌株形成2大分枝共12个谱系,分离自我国华南地区的21株尖孢镰孢形成7个谱系,其中 13株已知的香蕉枯萎病病原菌分布在3个谱系中,我国大陆的香蕉枯萎病病原菌菌株与来源于台湾地区及东南亚的菌株亲缘关系较近,FOC1号生理小种的遗传分化大于4号生理小种,FOC 1号生理小种与分离自香蕉果实上的尖孢镰孢菌的亲缘关系比与FOC 4号生理小种的亲缘关系更近。研究结果表明,我国香蕉上存在着丰富的镰孢菌种类,而且种内遗传多样性丰富。     

尖镰孢古巴专化型Focr4-1701突变体的生物学表型研究

由尖镰孢古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)引起的香蕉枯萎病是香蕉生产中的毁灭性病害之一。Foc有4个小种,其中4号小种(Focr4)因其寄主范围广且无高抗病性的香蕉品种,对香蕉产业的危害最大,其致病机制至今尚不清楚。为研究其致病机制,本文对Focr4野生型菌株(Focr4-193-6)、因其T-DNA插入导致致病性严重减弱的突变体Focr4-1701、T-DNA插入标签基因敲除子△Focr4-1701及敲除基因互补子△Focr4-1701-cp-1为材料,从致病性测定、玻璃纸穿透试验、孢子形态观察、产孢量与孢子萌发率测定、粗毒素测定等方面对其与致病性相关的生物学表型进行了测定。结果表明:T-DNA插入突变体Focr4-1701和基因敲除突变体△Focr4-1701接种后的香蕉植株叶片没有表现发病症状,敲除基因互补菌株与野生型菌株一样表现出发病症状;T-DNA插入突变体和基因敲除突变体不能穿透玻璃纸生长,T-DNA插入突变体及基因敲除突变体在产孢量、孢子萌发率和产毒素能力上均极显著低于野生型菌株及互补菌株。这些表型性状差异说明Focr4-1701致病性严重减弱可能是T-DNA插入位点标签基因失活后导致了菌丝体侵染能力下降及产毒素能力降低造成的。     

粉红螺旋聚孢霉67‐1厚垣孢子生物学特性的研究

粉红螺旋聚孢霉(粉红粘帚霉)是多种植物病原真菌的重寄生菌,具有巨大的生防潜力。以实验室前期分离筛选的高效粉红螺旋聚孢霉67‐1菌株为材料,研究其厚垣孢子和分生孢子的生物学特性。结果表明,以厚垣孢子为接种体,其生长速度和菌丝鲜重与以分生孢子为接种体形成的菌落没有明显差异,但产孢水平提高6倍以上。粉红螺旋聚孢霉对高温和干燥的耐受程度较差,尤其分生孢子更为敏感。当加工温度范围在40–50℃时,厚垣孢子和分生孢子的活性存在显著差异(P<0.05)。菌株67‐1的厚垣孢子耐紫外线能力明显优于分生孢子。在无保护剂条件下,紫外灯照射60s,厚垣孢子活性保持在62.6%,是分生孢子活性1倍以上。土壤抑菌作用对真菌厚垣孢子的影响相对较小,24h孢子萌发率为47.2%,而分生孢子仅为4.6%。除了百菌清,菌株67‐1厚垣孢子对多种化学农药有较强的耐受力,在药剂田间使用浓度下,厚垣孢子萌发率均大于70%,其中对15%恶霉灵、1.8%阿维菌素和3%克百威的耐受力显著高于分生孢子(P<0.05),而对井冈霉素和两种杀虫剂没有显著提高。对菌株67‐1的寄生性测定结果表明,2种孢子对核盘菌菌核的寄生能力没有差异,菌核感染达到4级的占58.9%–60.0%。106/m L浓度厚垣孢子与分生孢子对黄瓜枯萎病的防效均达到65%以上,二者没有显著差异。     

香蕉植株根区土壤的真菌多样性分析

尖孢镰孢菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense)是香蕉枯萎病的病原菌,该菌是一种土壤习居菌,了解香蕉根区土壤中真菌多样性及镰孢菌属(Fusarium)真菌所占比例,对如何减少土壤中的病原菌、预防香蕉枯萎病的发生有重要的指导意义。该文通过采集不同宿根年限的香蕉健康植株和枯萎病植株的根区土壤,利用高通量测序技术测定土壤样品中的真菌种群。结果表明:(1)同一宿根年限的香蕉植株中,健康植株根区土壤中所获的reads及OTUs数量均高于枯萎病植株,说明健康植株根区土壤的真菌多样性丰富于枯萎病植株。(2)除了一年生香蕉枯萎病植株以担子菌门(Basidiomycota)为主外,其他土壤样品中均以子囊菌门(Ascomycota)为主,其中的丛赤壳科最高相对丰度来自三年生健康植株的根区土壤(26.02%),其次是五年生的枯萎病植株根区土壤(15.56%)。(3)在丛赤壳科中,镰孢菌属在三年生健康植株土壤中的相对丰度最高(2.54%),在其他样品中的相对丰度在0.1%～0.65%之间;在镰孢菌属中,腐皮镰孢菌(Fusarium solani)的相对丰度(0～1.59%之间)高于尖孢镰孢菌(F.oxysporum),尖孢镰孢菌仅占很小的比例(相对丰度0～0.08%之间)。可见,在不同香蕉植株的根区土壤中,健康植株的根区土壤真菌多样性高于枯萎病植株,无论是健康植株还是枯萎病植株的根区土壤中,作为香蕉枯萎病病原菌的镰孢菌属或尖孢镰孢菌的群体均不占主导地位。     

尖镰孢古巴专化型1号生理小种致病相关基因敲除突变体△Focr1-328的生物学特性

由尖镰孢古巴专化型1号生理小种Fusarium oxysporum f. sp. cubense race 1（Focr1）引起的香蕉枯萎病是粉蕉类香蕉品种（AAB）不能规模化种植的最主要因素,其致病机理至今尚不十分清楚。本实验室前期通过T-DNA插入获得Focr1致病性丧失突变体Focr1-328,从Focr1全基因组序列中定位了因T-DNA插入失活的基因,并从野生型菌株Focr1-N2中敲除了该致病相关基因,获得了敲除突变体△Focr1-328。为了明确该致病相关基因的生物学功能,通过活体叶片、活体根     

香蕉枯萎病菌Argonaute基因功能分析及其调控小RNA发生

尖孢镰刀菌古巴专化型Fusarium oxysporum f.sp.cubense是威胁香蕉生产的重要土传病原真菌,其中4号生理小种(Foc4)能感染几乎所有的栽培品系.Argonaute蛋白(AGO)介导的RISC复合体在RNAi干扰中起到重要作用.Foc4含有两个进化上高度保守的AGO蛋白,本研究利用同源重组技术获...     

香蕉枯萎病菌Fow1基因的克隆及序列分析

为了解Fow1基因在尖镰刀菌古巴专化型侵染香蕉过程中的作用,及其与尖镰刀菌古巴专化型生理小种1号和生理小种4号之间的致病力差异的关系,采用PCR和RT-PCR方法扩增了2个生理小种的Fow1基因,并对扩增产物进行了克隆测序及相似序列搜索和比对,还对基因编码的蛋白进行了结构预测和功能分析。研究结果表明2个生理小种Fow1基因开放阅读框均为957bp,编码318个氨基酸,基因序列和氨基酸序列差异小,而且两个生理小种Fow1基因所编码的蛋白均具有酵母线粒体载体蛋白典型的结构特征,推测Fow1基因可能为香蕉枯萎病菌在香蕉组织中定殖所必需。从Fow1基因序列及其编码蛋白的氨基酸序列看,2个生理小种致病力的差异与Fow1基因并无明显对应关系,这为进一步研究Fow1基因功能奠定了基础。     

pH值对香蕉枯萎病菌4号生理小种生长的影响

【背景】香蕉枯萎病菌4号生理小种(镰刀菌)是香蕉产业的致命威胁。已有研究表明土壤pH值越高,香蕉枯萎病发病率越低,但是现有pH值对镰刀菌影响的研究大都是用强酸强碱调节pH值,pH值没有缓冲体系保护,而且尚未检测试验终点时介质的pH值。此外,关于pH值对香蕉枯萎病菌4号生理小种(Foc4)影响的研究尚不系统,难以用于指导生产实践。【目的】为系统地了解土壤酸碱度对Foc4生长的影响。【方法】在pH 3.0-11.0之间设定9个pH值梯度,模拟酸性到碱性土壤pH值条件,于室内培养条件下系统研究pH值对Foc4生长、产孢、孢子萌发的影响及其生长过程对环境pH值的影响。【结果】弱酸性至中性环境(pH 5.0-7.0)最适宜于香蕉枯萎病菌的生长、产孢和孢子萌发。弱碱性处理(pH8.0和pH9.0)孢子平均萌发率较弱酸性环境处理(pH5.0和pH6.0)下降了73.1%。与pH 6.0酸性处理相比,pH 8.0和pH 9.0处理的产孢量分别下降了52.3%和68.1%。【结论】香蕉枯萎病菌Foc4生长和萌发过程会产酸,但是在缓冲体系液体培养基中,除了pH 9.0和pH10.0处理终点培养液pH值分别下降了0.34和0.27个单位外,其它处理起始和终点的pH值无差异。说明在缓冲体系液体培养基中的研究结果可以反映环境pH值对Foc4生长和萌发的影响。在作物可以生长的pH值范围内(pH5.0-9.0),碱性和微碱性条件(pH8.0-9.0)能明显抑制Foc4生长、产孢和孢子萌发。     

The effector SIX8 is required for virulence of Fusarium oxysporum f.sp. cubense tropical race 4 to Cavendish banana

Plant pathogens employ effectors as molecular weapons to manipulate host immunity and facilitate colonization. Fusarium oxysporum f. sp. cubense is the agent of wilt disease in banana plantlets and four races of the pathogen have been identified based on the cultivar specificity. A total of 9 SIX genes have been detected in the genome of Foc TR4 and 6 genes detected in Foc1. Among these SIX genes, SIX2 and SIX8 are only detected in Foc TR4, not identified in Foc1. Expression profiles analysis revealed that SIX genes of Foc TR4 are highly induced after inoculation to Cavendish banana plantlets. Virulence analysis of the SIX2 and SIX8 knock-out mutants showed that SIX8 is required for the virulence of Foc TR4 while SIX2 has no obvious functions. Over expression of SIX8-FLAG proteins in the SIX8 knock-out mutant partly restored the virulence. Western blot analysis suggested that SIX8 could be secreted into the extracellular space and a signal peptide resided the N-terminal polypeptide sequence. This study provides some clues for further research on mechanism of SIX8 in regulating virulence of Foc TR4.     

De novo synthesis of ferrichrome by Fusarium oxysporum f. sp. cubense TR4 in response to iron starvation

Manipulation of iron bioavailability in the banana rhizosphere may suppress Fusarium wilt, caused by Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc). However, iron starvation induced by application of synthetic iron chelators does not effectively suppress Fusarium wilt. It is unclear whether Foc can subvert iron chelators and thereby evade iron starvation through the synthesis of iron-scavenging secondary metabolites, called siderophores. In vitro studies were conducted using iron-deficient growth medium and medium supplemented with a synthetic iron chelator, 2,2′-dipyridyl, to mimic iron starvation in Foc Tropical Race 4 (Foc TR4). Concentration of extracellular siderophores increased three-fold (p < 0.05) in the absence of iron. Liquid chromatography-mass spectrometry analysis detected the hydroxamate siderophore, ferrichrome, only in the mycelia of iron-starved cultures. Moreover, iron-starved cultures exhibited a reduction in total cellular protein concentration. In contrast, out of the 20 proteinogenic amino acids, only arginine increased (p < 0.05) under iron starvation. Our findings suggest that iron starvation does not cause a remodelling of amino acid metabolism in Foc TR4, except for arginine, which is required for biosynthesis of ornithine, the precursor for siderophore biosynthesis. Collectively, our findings suggest that biosynthesis of siderophores, particularly ferrichrome, could be a counteractive mechanism for Foc TR4 to evade iron starvation.