中国小麦条锈菌转主寄主小檗的鉴定

用萌发的小麦条锈菌冬孢子接种采自陕西省境内的陕西小檗、少齿小檗和长穗小檗,3种小檗均产生了性孢子器和锈孢子器。用人工接种小麦条锈菌冬孢子在陕西小檗上产生的锈孢子器接种小麦铭贤169产生了典型的条锈菌夏孢子堆症状。特异性PCR和DNA序列分析表明,人工接种产生于小檗上的锈孢子、接种锈孢子于小麦上产生的夏孢子堆与小麦条锈菌DNA的ITS区序列完全一致。更为重要的是,用采自田间受锈菌侵染的小檗叶片产生的锈孢子接种小麦铭贤169,经培养在小麦铭贤169叶片上产生了典型的条锈病症状。从而证实,在自然条件下,在中国,小檗不仅可作为小麦条锈菌的转主寄主,而且小麦条锈菌可在小檗上完成其有性繁殖过程。这一发现对进一步揭示我国小麦条锈菌高度的群体遗传多样性与毒性变异机理、完善小麦条锈病的防治策略具有十分重要的理论和实际意义。     

温室条件下条形柄锈菌体细胞重组的分子确证

为了获得温室条件下条形柄锈菌发生体细胞重组而导致毒性变异的直接证据,本研究选取7个美国条形柄锈菌小麦专化型菌系和2个美国条形柄锈菌大麦专化型菌系按照夏孢子颜色和专化型与毒性差异组成9对菌系组合,对于室内混合接种产生的子代菌系用具有不同抗性的小麦或大麦品种进行筛选,采用毒性分析及SSR分子标记技术对条形柄锈菌体细胞重组现象进行了研究。对获取的413个单孢子代菌系进行的毒性分析结果显示,有84个单孢子代菌系的毒性谱表现与亲本菌系不同,初步证明体细胞重组过程的存在。SSR标记分析结果显示,11对SSR引物中有6对引物在5对菌系组合的28个毒性谱不同的单孢子代菌系中,检测发现3个单孢菌系的扩增条带与其亲本菌系不同,且表现为亲本菌系扩增条带的重组,为体细胞重组菌系。这一结果从分子水平上证明了条形柄锈菌在室内接种条件下可以通过体细胞重组产生新小种而导致毒性变异。     

小麦条锈菌CY32夏孢子萌发研究

研究夏孢子萌发过程的分子机制对于从分子水平上理解条锈菌的侵染过程及其与寄主互作的关系具有重要的理论意义。本研究以小麦条锈菌Pucciniastriiformisf.sptritici32号生理小种(CY32)为材料,研究了用水培方法萌发夏孢子的适宜条件。结果显示,CY32夏孢子萌发的最适温度为9℃,最适宜的孢子量是6mg/200mL水,适宜的溶液是无菌蒸馏水。水化能促进夏孢子的萌发,新鲜夏孢子和干燥容器中放置2d的夏孢子经水化15h后,萌发率显著提高。此方法获得的萌发夏孢子提取的RNA可以满足cDNA文库构建和基因表达分析等分子生物学研究的要求,并为小麦条锈菌的分子生物学研究奠定了物质基础。     

条形柄锈菌小麦专化型小种CYR29有性自交及毒性与无毒性基因的遗传分析

由条形柄锈菌小麦专化型（小麦条锈菌）Puccinia striiformis f. sp. tritici引起的条锈病是小麦上重大的生物灾害,严重威胁小麦安全生产。应用抗病品种是防治小麦条锈病最为经济有效的措施,但是条锈菌毒性的频繁变异,常常导致品种抗病性丧失,从而引发条锈病新的大流行。有性生殖是条锈菌毒性变异的重要途径,本文通过对小麦条锈菌流行小种CYR29在转主寄主小檗上的自交研究了有性生殖与病菌毒性变异之间的关系。通过诱导CYR29单夏孢子菌系形成冬孢子、萌发产生的担孢子接种转主寄主小檗,使其完成有性过程,由此共获得81个自交后代,对有性后代群体S1和亲本菌系在20个含单个抗病基因的近等基因系鉴别寄主上进行毒性鉴定。S1群体和亲本在Yr5、Yr8、Yr10、Yr15、Yr24、Yr32、YrSP、YrTr1和Yr26上均为无毒性,在Yr1、Yr31、Yr44和YrTye上均为毒性。S1群体在Yr6、Yr7、Yr9、Yr17、Yr27、Yr43和YrExp2这7个位点上出现了毒性分离,表明亲本在这些位点为杂合。81个自交后代可分为24种毒性表型,其中1种表型与亲本毒性一致,含22个菌系;其余23种毒性表型与亲本存在差异,含59个菌系,毒性变异率高达72.8%,且发生变异的子代均比亲本毒性谱更宽。结果表明该小种经过有性过程后产生了毒性增强的新菌系,进一步证实有性生殖是导致小麦条锈菌具有较高遗传多样性的原因之一。     

小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk的功能

【目的】克隆小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk,并分析其在条锈菌侵染小麦过程中的表达特征及初步功能。【方法】基于本实验室已测序的小麦条锈菌基因组序列,利用RT-PCR方法,从小麦条锈菌生理小种CYR32中克隆Pscamk基因的cDNA序列,并利用网络数据库和生物信息学工具预测该基因编码蛋白的基本特征和保守结构;运用qRT-PCR技术分析Pscamk在不同发育及侵染阶段的表达水平,进一步通过钙调素依赖蛋白激酶(CaMK)的免疫抑制剂KN-93处理小麦条锈菌夏孢子,观察其萌发状况。【结果】获得1个1620 bp的小麦条锈菌CaMK基因Pscamk;序列分析发现,Pscamk编码蛋白包含CaMK蛋白的保守结构域,并与小麦杆锈菌该类蛋白序列相似性最高。qRT-PCR分析表明,Pscamk在条锈菌侵染初期过程中的芽管发育、初生菌丝侵染及吸器形成时期呈显著上调表达,且在条锈菌接种6 h时表达量最高,为对照夏孢子的20.74倍。在专一性免疫抑制剂KN-93处理后,随着KN-93施加浓度的增加,条锈菌夏孢子萌发率逐渐降低,当浓度为1.4μmol/L时夏孢子萌发率为8.02%,仅为对照的12%。【讨论】推测Pscamk基因参与了小麦条锈菌夏孢子萌发、芽管发育以及初期侵染结构的形成。本研究为进一步探索条锈菌细胞钙信号传导机理和致病机制奠定了基础。     

基因枪法转化基因在小麦条锈菌中的瞬时表达

以小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)野生毒性菌株为转化受体,以含有gus报告基因的质粒(pGUS6L20)和潮霉素抗性基因的质粒(pKLHyg14)为载体,应用基因枪法研究了小麦条锈菌夏孢子遗传转化的瞬时表达特征。结果表明,在金粉直径为0.6μm、射程6cm、载体DNA5μL、可裂膜压力为900Psi或1100Psi时,gus基因和潮霉素抗性基因的瞬时表达率相对较高。     

小麦叶锈菌休眠与萌发夏孢子的差异表达

【目的】小麦叶锈菌引起的小麦叶锈病是小麦的重要病害之一,孢子萌发和侵入气孔是保证叶锈菌正常侵染寄主的重要前提。本研究旨在研究小麦叶锈菌夏孢子萌发的差异表达特性,为揭示萌发的机制及其与致病的关系提供依据。【方法】利用小麦叶锈菌致病类型THTT的休眠夏孢子和萌发夏孢子进行RNA-seq分析。【结果】在萌发夏孢子中筛选出相比休眠夏孢子上调表达的基因为4400个,下调基因5325个。GO富集分析发现,上调差异基因主要涉及细胞进程、有机物代谢、信号传导、单个有机体过程、催化酶活性等;下调基因主要涉及单组织过程、单个有机体细胞过程、有机物代谢过程、催化活性调节等过程。利用KEGG分析发现,差异基因共参与109条通路,从中筛选出两条与孢子萌发相关的通路——丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路和囊泡运输中的SNARE蛋白交流。10个基因的定量分析结果与基因数字表达谱分析结果一致。【结论】研究获得了叶锈菌孢子萌发及侵入气孔过程中的重要差异基因,研究结果为研究叶锈菌致病机制奠定基础。     

条形柄锈菌小麦转化型夏孢子表面微观结构观测方法的建立

小麦条锈菌夏孢子表面微观结构的研究,对于夏孢子的萌发生长以及对条锈菌致病性的研究都具有很重要的意义。本研究以小麦条锈菌32号生理小种（CYR32）为材料,创新的采用硅片为基质,建立了利用原子力显微镜检测夏孢子样品表面的观测方法。结果表明,该方法优于其他基质材料,可以获得较为理想的扫描效果。为进一步研究小麦条锈菌夏孢子以及相近大小的病原体孢子表面特征提供了技术支撑。     

隐匿柄锈菌(小麦叶锈病菌)UP-PCR遗传多样性分析

小麦叶锈病是世界麦区普遍发生的病害。以2008年采集于河北省的29个隐匿柄锈菌(小麦叶锈病菌)单孢子堆分离菌系为试验材料,利用39个小麦抗叶锈近等(单)基因系和7个UP-PCR(Universally Primed PCR)引物对其进行毒性多态性和分子多态性分析。7个UP-PCR引物共检测出48条条带,其中多态性条带41条,多态性百分率为85.42%,表明UP-PCR在隐匿柄锈菌中扩增多态性较高;经聚类分析,遗传相似系数为0.69–0.90,在相似系数0.72处,29个叶锈菌株聚为6组,体现了隐匿柄锈菌菌株间的亲缘关系和差异性,表明UP-PCR技术可用于小麦叶锈病菌群体遗传多样性研究。在物种水平上,隐匿柄锈菌观察等位基因数(Na)为1.85,有效等位基因数(Ne)为1.29,Nei’s基因多样性指数(H)为0.19,Shannon信息指数(I)为0.31,多态位点百分率(P)为85.42%,表明隐匿柄锈菌遗传多样性丰富,其中沧州的群体遗传多样性水平最高,群体内多样性大于群体间多样性。聚类分析表明沧州和石家庄的病菌群体亲缘关系最近,邢台与石家庄的群体亲缘关系最远。隐匿柄锈菌UP-PCR多态性与毒性多态性间无明显相关性,且两者均与地理来源无相关性。     

复合诱变选育林肯霉素高产菌株

以林肯链霉菌9502(Streptomyces lincolnensis9502)为出发菌株,进行NTG诱变处理,并用高效的琼脂块培养法对菌株进行筛选,得到产林肯霉素相对效价提高35.4%的变异株9502-7。对9502-7菌株孢子采用紫外线处理,得到变异高产菌株9502-7-12,其相对效价较出发菌株提高50%以上。     

小麦条锈菌条中31号生理小种SCAR检测标记的建立

建立小麦条锈菌Pucciniastriiformisf.sp.tritici生理小种的快速分子检测技术对我国小麦条锈病的监测和防治策略的制定具有重要价值,本文首次报道了利用SCAR—PCR技术进行条锈菌生理小种分子检测的方法。通过对我国目前主要优势小种条中31号RAPD片段的规模筛选,在对特异片段回收、克隆、测序的基础上,设计特异PCR引物,成功获得了条中31号生理小种专化的SCAR检测标记。     

Molecular mapping of a non-host resistance gene YrpstY1 in barley (Hordeum vulgare L.) for resistance to wheat stripe rust

Cultivated barley (Hordeum vulgare L.) is considered as a non-host or inappropriate host species for wheat stripe rust caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici. Most barley cultivars show a broad-spectrum resistance to wheat stripe rust. To determine the genes for resistance to wheat stripe rust in barley, a cross was made between a resistant barley line Y12 and a susceptible line Y16. The two parents, F(1) and 147 BC(1) plants were tested at seedling stage with Chinese prevalent race CYR32 of Puccinia striiformis f. sp. tritici by artificial inoculation in greenhouse. The results indicated that Y12 possessed one dominant resistance gene to wheat stripe rust, designated YrpstY1 provisionally. A total of 388 simple sequence repeat (SSR) markers were used to map the resistance gene in Y12 using bulked segregant analysis. A linkage map, including nine SSR loci on chromosome 7H and YrpstY1, was constructed using the BC(1) population, indicating that the resistance gene YrpstY1 is located on chromosome 7H. It is potential to transfer the resistance gene into common wheat for stripe rust resistance.     

陇南地区不同海拔区域内小麦条锈菌群体遗传多样性的分析

小麦条锈病是世界范围内小麦上最重要的流行性病害之一,可造成严重的产量损失。陇南地区是我国小麦条锈菌主要越夏易变区和新小种发源地,了解该地区不同海拔高度区域内条锈菌遗传多样性有重要意义。本研究采用TP-M13-SSR荧光标记技术对11个种群330个小麦条锈菌分离株基因组DNA进行了SSR标记分析。不同海拔区域的条锈菌遗传多样性有明显的差异,高山区的遗传多样性比较丰富,半山区次之,川道区相对比较低。不同生态区域内,小麦条锈菌群体遗传分化程度不同,高山区和半山区遗传分化程度大,基因流小,川道区群体遗传分化程度比较小,基因流大。来自不同海拔区域的菌系具有相同的基因型,这一结果从分子水平证明了在陇南地区小麦条锈菌在山区与川地之间存在广泛的菌源交流,可就地完成周年循环。     

Isolation of microsatellite loci from expressed sequence tag library of Puccinia striiformis f. sp. tritici

We described twenty polymorphic microsatellite loci derived from the expressed sequence tags of Puccinia striiformis f. sp. tritici, which causes yellow rust disease on wheat. The numbers of alleles range from two to six and eight microsatellite loci show significant similarities to known genes. Observed and expected heterozygosities ranged from 0.12 to 0.78 and from 0.24 to 0.87, respectively.     

QTL identification and microphenotype characterisation of the developmentally regulated yellow rust resistance in the UK wheat cultivar Guardian

Yellow rust (causal agent: Puccinia striiformis f.sp. tritici) resistance in the UK wheat cultivar Guardian is developmentally regulated, resistance increasing as the plant matures. Yellow rust resistance was assessed under field conditions on plants after ear emergence to ensure maximum expression of resistance. Three quantitative trait loci (QTL) for yellow rust resistance were identified, being located on chromosomes 1B (QPst.jic-1B), 2D (QPst.jic-2D) and 4B (QPst.jic-4B). The largest resistance effect, QPst.jic-1B located to the same position on the long arm of chromosome 1B as the known durable source of yellow rust resistance, Yr29. Microscopic studies were carried out to determine what effect the resistance in Guardian had on the development of P. striiformis f.sp. tritici. While the adult plant resistance in Guardian did not prevent germinated urediniospores from establishing an effective infection site, the growth of hyphae within flag leaf tissue was significantly inhibited, slowing the development of microcolonies. 3,3-diaminabenzadine (DAB) and trypan blue staining indicated that this inhibition of hyphal growth was not associated with hydrogen peroxide accumulation or extensive plant cell death.     

四川省小麦条锈菌群体遗传多样性的SSR分析

利用TP-M13-SSR自动荧光检测技术,对四川省小麦条锈菌群体遗传多样性水平进行了分析。研究结果表明,四川省小麦条锈菌群体遗传多样性比较丰富,地区之间存在明显的差异,川西北和四川盆地的种群遗传多样性相对较高,而四川西南部和四川东南部的种群遗传多样性较低。四川小麦条锈菌群体存在一定的遗传分化,地区间的遗传变异仅占14.92%,群体间的遗传变异占总变异的23.06%,群体内遗传变异占60.02%,遗传变异主要存在于群体内部。基因流和共享基因型从分子水平证实了四川小麦条锈菌在地区间的传播,且川西北和四川盆地之间的菌源交流最为广泛。     

Cloning and characterization of the actin gene from Puccinia striiformis f. sp. tritici

The fungus Puccinia striiformis f. sp. tritici, the causal agent of wheat stripe rust, is an obligate biotrophic basidiomycete. Urediniospores are the most common spore type involved in the epidemiology of this disease. Tip growth of germ tubes of germinated urediniospores is a key step during infection of wheat, but few studies have investigated it so far. Recent research has found that actin is closely associated with hyphal tip growth. In this study, we have cloned and obtained the full-length actin cDNA from P. striiformis f. sp. tritici and characterized its expression. Furthermore, actin filament (F-actin) patterns were visualized microscopically during germ tube formation. The most conspicuous actin-containing structures were actin patches. They were mainly concentrated near the hyphal tip and scattered throughout the cortex. By using cytochalasin B, we observed that depolymerization of F-actin greatly reduced the germination rate of urediniospores and disrupted the transport of vesicles to the germ tube tip, indicating that F-actin played a key role in the tip growth of P. striiformis f. sp. tritici. This work helps us to understand the tip growth mechanism of P. striiformis f. sp. tritici, and may provide a theoretical framework for designing novel pesticides.     

小麦条锈菌分子生态学研究进展

小麦条锈病是危害最严重的小麦流行性病害之一,小麦条锈菌的生态学研究对制定合理的防治策略和抗锈育种具有重要意义.近十几年来,DNA分子标记技术被应用于小麦条锈菌的群体遗传学研究,推动了小麦条锈菌分子生态学研究的快速发展,为揭示小麦条锈菌的群体生态特性开辟了一个新的途径.本文系统介绍小麦条锈菌分子生态学研究的主要进展,并就我国当前研究的局限性和发展趋势进行了分析.