玫烟色棒束孢SCAU-IFCF01产酶特性研究

采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)法、琼脂平板透明圈法和专一性短肽底物Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA对玫烟色棒束孢Isaria fumosorosea 5个菌株在培养液、虫体诱导下的几丁质酶和凝乳弹性蛋白酶(Pr1酶)活性进行了研究。结果表明,玫烟色棒束孢在不同诱导源中均能产生几丁质酶和Pr1酶。DNS和透明圈比值法测得的各菌株间几丁质酶活性差异趋势一致,高致病力菌株IFCF01的几丁质酶产酶水平显著高于4个低致病力菌株。以虫体诱导的菌株IFCF01几丁质酶活性最高达0.7815 IU/mL,显著高于培养液诱导的0.3740 IU/mL。玫烟色棒束孢Pr1酶活性随接种时间逐渐增高,且高致病力菌株产酶量显著高于低致病力菌株。以虫体培养的菌株IFCF01 Pr1酶活性最高值达2.34μg/mL/min,显著高于IFCF-D58的最高值0.88μg/mL/min。虫体诱导对几丁质酶和Pr1酶活性有明显的促进作用,推测与小菜蛾Plutella xylostella幼虫表皮含有刺激玫烟色棒束孢大量产酶的成分有关。     

玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea)侵染小菜蛾的表达谱分析

【背景】昆虫病原真菌对寄主的侵染是一个十分复杂的过程,是多基因共同作用的结果。玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea) IFCF01菌株对小菜蛾具有很高的致病力,然而有关玫烟色棒束孢对小菜蛾致病的相关基因少见报道。【目的】筛选玫烟色棒束孢侵染小菜蛾相关基因,为更好地利用玫烟色棒束孢防治小菜蛾提供基因靶点。【方法】采用第二代高通量测序技术RNA-Seq,对玫烟色棒束孢侵染小菜蛾2–3龄幼虫4、8、12、16、24、30、36 h的虫菌混合样品(处理组)及纯培养玫烟色棒束孢(对照组)进行测序分析并筛选差异表达基因,结合生物信息学方法分析差异基因涉及的功能模块和信号通路。【结果】玫烟色棒束孢侵染小菜蛾混合样品与纯培养玫烟色棒束孢对照组对比分析共获得28 384个差异基因,其中显著差异表达基因274个,上调表达118个,下调表达156个。筛选获得的显著差异表达基因,特别是上调表达基因可能与玫烟色棒束孢对小菜蛾的侵染有关。GO二级分类显示,差异表达基因能够注释到36个GO条目中,包含18个生物学过程、9个细胞组分和9个分子功能。KEGG通路分析显示共有171个差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)注释到132个通路中,其中有66个DEG显著富集在14个通路中。这些显著差异表达基因中大部分为玫烟色棒束孢侵染过程中潜在致病毒力相关基因。【结论】本研究为筛选玫烟色棒束孢侵染小菜蛾致病相关基因提供重要数据库,也为阐明玫烟色棒束孢对小菜蛾的侵染机制提供基础。     

两种表面活性剂对玫烟色棒束孢PF904菌株侵染小菜蛾幼虫的影响

【目的】在前期筛选试验的基础上,比较表面活性剂对玫烟色棒束孢Isaria fumosoroseus PF904菌株侵染小菜蛾Plutella xylostella 3龄幼虫的增效作用,获得可提高玫烟色棒束孢PF904防治效果的助剂。【方法】通过扫描电镜观察和室内致病力试验,测定喷施分别添加表面活性剂聚二甲基硅氧烷(OFX-0193)（终浓度125 mg/L）和二异丁基萘磺酸钠(Nekal)(终浓度250 mg/L）的玫烟色棒束孢PF904孢子悬浮液后玫烟色棒束孢PF904在小菜蛾3龄幼虫体表的孢子附着量及对小菜蛾3龄幼虫的侵染速率和致病力。【结果】添加250 mg/L Nekal和125 mg/L OFX-0193可显著提高玫烟色棒束孢PF904孢子悬浮液在小菜蛾3龄幼虫体表各结构区的孢子附着量,其中添加250 mg/L Nekal的玫烟色棒束孢PF904孢子悬浮液在小菜蛾3龄幼虫体表刺状突起结构区、平缓结构区和嵴状突起结构区的孢子附着量分别为对照(添加清水的孢子悬浮液)的2.19, 1.78和1.94倍,说明Nekal提高了玫烟色棒束孢PF904的孢子附着率;添加250 mg/L Nekal和125 mg/L OFX-0193均显著缩短了玫烟色棒束孢PF904孢子萌发时间,促进附着孢的形成,提高了玫烟色棒束孢PF904的侵染速率。室内致病力测定结果表明,玫烟色棒束孢PF904孢子悬浮液中添加250 mg/L Nekal和125 mg/L OFX-0193可显著提高玫烟色棒束孢PF904孢子悬浮液对小菜蛾3龄幼虫的致病力,其中添加250 mg/L Nekal的玫烟色棒束孢PF904孢子悬浮液对小菜蛾3龄幼虫的校正死亡率达79.2%,致死中时(LT₅₀)降低为2.71 d,说明Nekal的增效作用显著。【结论】250 mg/L Nekal为玫烟色棒束孢PF904的适宜的助剂和添加浓度,可显著提高其对小菜蛾幼虫的防治效果。     

玫烟色棒束孢侵染对小菜蛾幼虫体内不同酶活的影响

在实验室条件下,测定了昆虫病原真菌玫烟色棒束孢Isaria fumosorosea的侵染对小菜蛾Plutella xylostella3龄幼虫体内酚氧化酶(PO)和不同抗氧化酶类,包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢(CAT)及谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)活力的变化。结果表明,玫烟色棒束孢侵染小菜蛾3龄幼虫后,体内PO、SOD、POD、CAT和GSTs活力均受到明显的影响。其中感病小菜蛾幼虫体内的PO活力始终高于同期未感染的小菜蛾幼虫,当接菌40h时,酚氧化酶活力达到最大37.4U/g,为对照的2.6倍,而SOD、POD、CAT和GSTs活力在感病前期明显高于对照,接菌40–48h各种酶活力均达到最大,当接菌56h酶活力开始下降,64h时酶活力均明显低于对照。可见玫烟色棒束孢的侵染严重干扰了小菜蛾幼虫体内正常的生理活动。     

球孢白僵菌Pr1蛋白酶基因cDNA克隆与序列分析

从球孢白僵菌菌株Bb202中克隆了昆虫蛋白酶Pr1的基因。使用特异性引物,分别以基因组DNA和mRNA为模板进行PCR反应,得到了球孢白僵菌的Pr1蛋白酶基因cDNA和结构基因序列。测序结果表明球孢白僵菌Pr1蛋白酶结构基因全长大小为1606bp,含有3个内含子,分别为69、61和68bp。其ORF全长1140bp,预测编码379个氨基酸残基。成熟蛋白理论分子量为38.8kD,理论等电点为8.06。为进一步研究球孢白僵菌Pr1基因,并构建高毒力工程菌株提供了理论基础。     

小菜蛾血淋巴对玫烟色棒束孢入侵的生理防御反应

为了探讨小菜蛾Plutella xylostella血淋巴对玫烟色棒束孢Isaria fumosorosea的防御机制, 利用吉姆萨染色法在光镜下观察了小菜蛾4龄幼虫血细胞感染不同致病力玫烟色棒束孢后的免疫反应。结果表明： 玫烟色棒束孢的入侵可导致小菜蛾血细胞数量发生改变, 表现为入侵初期血细胞总数增加, 不同类型血细胞比例改变等。体表接种后8-45 h, 高致病力菌株PFCF-001处理的幼虫血细胞总数在24 h出现最高值6 250个/mm³, 而低致病力菌株PFCF-D58处理在36 h达到最高值3 000个/mm³, 比高致病力菌株处理滞后12 h。不同菌株处理下虫体参与防御反应的主要血细胞类型为浆血细胞和粒血细胞。小菜蛾幼虫血细胞在感菌初期能够产生粘附、吞噬、包被及形成结节等一系列防卫反应, 但最终无法抵挡高致病力菌株PFCF-001的侵染。结果说明小菜蛾幼虫血淋巴对玫烟色棒束孢的防御反应只有短暂的抑制作用, 不能从根本上清除、 消灭玫烟色棒束孢。     

生防真菌分生孢子抗氧化能力与多糖含量的关系

作为重要的丝孢类昆虫病原真菌,球孢白僵菌和玫烟色棒束孢因其易于生产和环境友好等优点而在害虫生防防治中受到广泛青睐。为初步探求孢子耐氧化力及其与孢子多糖含量的关系,球孢白僵菌和玫烟色棒束孢11株菌经胁迫后的残存指数随氧化剂H2O2浓度增加而减小。所有菌株的残存指数均能良好地与Logistic方程拟合,并计算出各菌株在氧化胁迫条件下的半致死浓度。结果显示玫烟色棒束孢孢子的耐氧化力强于球孢白僵菌。两种真菌的分生孢子耐氧力与各自多糖含量呈现良好线性正相关。培养基碳源成分和浓度变化可影响球孢白僵菌孢子耐氧化力,但耐氧化力与多糖含量依旧呈现线性正相关。由此可见,生防真菌分生孢子的耐氧化力的确与多糖积累有关,并在一定程度上受培养条件的调节。研究结果有望为提高生防真菌孢子环境稳定性提供新的策略。     

玫烟色棒束孢侵染小菜蛾的透射电镜观察

利用透射电镜观察了玫烟色棒束孢Isaria fumosorosea(=Paecilomyces fumosoroseus)对小菜蛾Plutella xylostella(L.)的侵染过程及菌体在虫体内的增殖方式。以浓度为1×107孢子/mL的孢子悬浮液接种小菜蛾4龄幼虫,在透射电镜下对虫体各部位的观察结果表明:接种后1h玫烟色棒束孢菌株EBCL03011的分生孢子开始萌芽,至4h可观察到附着孢的形成和穿透,接种后24h已普遍侵入体腔。玫烟色棒束孢在寄主表皮和体腔内,以菌丝段出芽生殖、菌丝分隔及菌丝段分隔3种方式大量增殖,主要以颗粒状的菌丝段在寄主体腔内扩散,菌丝段在穿透表皮和体腔内增殖过程中伴随着机械压力和酶的活动。     

玫烟色棒束孢诱导的小菜蛾免疫响应表达谱分析

【目的】本研究旨在筛选小菜蛾Plutella xylostella应对玫烟色棒束孢Isaria fumosorosea侵染的免疫应答及其网络调控基因,以进一步探讨小菜蛾对玫烟色棒束孢的防御机制。【方法】采用第二代高通量测序技术RNA-seq,对处理后12 h的感染玫烟色棒束孢和健康(平行对照)的小菜蛾4龄幼虫转录组进行了测序,通过生物信息学分析对得到的差异基因进行了功能注释和分类,对差异基因参与的信号通路进行了分析。【结果】在感菌和健康小菜蛾幼虫转录组两个表达谱里,分别获得了12 346 987和12 315 210个clean reads,有60.93%和61.26%的reads分别能比对到参考基因库里,其中完美匹配(perfect match)的比例分别为32.15%和32.73%。共得到351个显著差异表达基因(differentially expressed unigenes,DEUs),上调表达基因有275个,下调表达基因有76个,与免疫防御反应潜在相关的基因有156个。GO(Gene Ontology)富集分析有102个DEUs分布到46个GO term里,KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)pathway富集分析结果显示,有132个DEUs显著富集在13个代谢通路(pathway)里。【结论】这些差异表达基因中,大部分编码潜在的与免疫识别及调控相关的基因,集中在能量代谢、疾病反应和防御反应等相关通路。研究结果为挖掘与玫烟色棒束孢侵染相关的小菜蛾免疫应答候选基因提供了重要数据库,也为阐明小菜蛾对玫烟色棒束孢的免疫机制奠定理论基础。     

三株球孢白僵菌对栗实象甲幼虫的感染和致病力研究

为了明确球孢白僵菌Beauveria bassiana 3菌株TST05、FDB01、SYN01对栗实象甲老熟幼虫的感染、致死率、致死中时、以及胞外蛋白酶、几丁质酶、脂肪酶的活性与毒力的关系,本研究采用3个菌株的孢子悬浮液(1.0×108孢子/m L),浸虫法感染栗实象甲幼虫,统计连续8 d的校正死亡率;以栗实象甲幼虫的虫体作为菌株的唯一碳源制备液体培养基,测定培养过程中各菌株的脂肪酶、几丁质酶、类枯草杆菌蛋白酶(Pr1酶)连续8 d的酶活性变化。结果表明,球孢白僵菌3个菌株TST05、FDB01、SYN01感染栗实象甲幼虫后,1-4 d内表现出染病和死亡的症状,连续8 d累积校正死亡率分别为40%、44.4%、62.22%,菌株SYN01对栗实象甲的致死率最高,与其他两菌株的差异显著;菌株TST05、FDB01、SYN01的Pr1酶活性最大峰值分别为(175.56±0.7)U/m L、(172.74±2.32)U/m L、(195.71±5.41)U/m L。几丁质酶活性最大峰值分别为(12.58±0.58)U/m L、(13.06±1.16)U/m L、(15.12±0.32)U/m L。都是菌株SYN01的酶活性最大,而TST05和FDB01之间差异不显著;球孢白僵菌3个菌株的Pr1酶、几丁质酶、脂肪酶在8 d内的酶活性平均值与染菌幼虫8 d累积校正死亡率的线性回归方程分别为y=0.4641x+122.45(R2=0.8854)、y=0.034x+10.473(R2=0.9328)、y=0.0354x+2.4586(R2=0.1201),说明菌株的Pr1酶和几丁质酶活性与幼虫死亡率之间呈显著的线性相关,而菌株的脂肪酶活性与菌株对幼虫的致死率不具有线性关系。综合分析,菌株SYN01可以作为生物防治栗实象甲的病原菌种;Pr1酶与几丁质酶的活性可作为菌株的毒力因子。     

Genetic polymorphisms in three subtilisin-like protease isoforms (Pr1A, Pr1B, and Pr1C) from Metarhizium strains

Restriction fragment length polymorphisms (RFLP) were examined in three isoforms of a gene family encoding subtilisin-like proteases (Pr1A, Pr1B, and Pr1C) in several isolates of the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae. RFLP variation was not observed in any of the Pr1 genes from isolates within the same genetically related group. Between genetically related groups and between isolates from disparate geographical areas, the greatest variation in RFLP patterns was observed for Pr1A. When variation does occur at Pr1B and Pr1C, it was generally observed at an EcoRI site. Metarhizium anisopliae var. majus strain 473 and a M. flavoviride isolate were most dissimilar in RFLP patterns at all Pr1 genes when compared to the M. anisopliae strains. We suggest that Pr1 genes represent a gene family of subtilisin-like proteases and that the Pr1A gene encodes for the ancestral subtilisin-like protease which has subsequently duplicated and rearranged within the genome.     

根癌农杆菌介导的Pr1基因在贵阳腐霉的组成性表达

【目的】构建组成性表达贵阳腐霉Pr1基因的载体pCambia-hph-Pr1,转化贵阳腐霉,以获得高毒力的基因工程转化菌株。【方法】以双元载体pCambia-Pnos-PNN-hph为基本骨架,将Pr1基因置于组成型启动子PgpdA和终止子TtrpC之间,获得含Pr1基因的表达元件。以贵阳腐霉菌丝体为受体材料,利用根癌农杆菌介导的遗传转化法转化贵阳腐霉,观察转化株的生物学特征和灭蚊毒力。【结果】转化株的菌丝生长速度和游动孢子产量与野生株无显著性差异。生物测定表明转化株对蚊幼虫平均致死率达到32.9%,比野生株提高了约一倍,并且使受试蚊幼虫生长速度明显减缓。【结论】利用根癌农杆菌介导的遗传转化获得了遗传稳定的高毒力菌株。     

Pränumerations-Einladung

Ohne Zusammenfassung     

Mobility of human immunodeficiency virus type 1 Pr55Gag in living cells

Human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) assembly requires the converging of thousands of structural proteins on cellular membranes to form a tightly packed immature virion. The Gag polyprotein contains all of the determinants important for viral assembly and must move around in the cell in order to form particles. This work has focused on Gag mobility in order to provide more insights into the dynamics of particle assembly. Key to these studies was the use of several fluorescently labeled Gag derivatives. We used fluorescence recovery after photobleaching as well as photoactivation to determine Gag mobility. Upon expression, Gag can be localized diffusely in the cytoplasm, associated with the plasma membrane, or in virus-like particles (VLPs). Here we show that Gag VLPs are primarily localized in the plasma membrane and do not colocalize with CD63. We have shown using full-length Gag as well as truncation mutants fused to green fluorescent protein that Gag is highly mobile in live cells when it is not assembled into VLPs. Results also showed that this mobility is highly dependent upon cholesterol. When cholesterol is depleted from cells expressing Gag, mobility is significantly decreased. Once cholesterol was replenished, Gag mobility returned to wild-type levels. Taken together, results from these mobility studies suggest that Gag is highly mobile and that as the assembly process proceeds, mobility decreases. These studies also suggest that Gag assembly must occur in cholesterol-rich domains in the plasma membrane.