西瓜花叶病毒诱导对不同抗性美洲南瓜防卫基因表达的影响

为了明确防卫基因PAL与美洲南瓜抗西瓜花叶病毒(watermelon mosaic virus,WMV)之间的关系,通过室内接种和实时荧光定量PCR技术,测定了WMV侵染对不同抗性美洲南瓜体内防卫基因PAL表达的影响。结果表明:(1)室内测定显示,抗病品种GBRV-8发病率和病情指数(15.6%和14.2)显著低于感病品种‘光板’(91.1%和65.9)。(2)实时荧光定量PCR表明,接种WMV后不同抗感品种不同组织部位PAL基因相对表达量随着接种时间增加,整体呈现出先增加后降低的趋势,而且不同组织部位PAL基因相对表达量总体呈现出叶片较高,叶柄和茎秆次之。(3)接种后5个品种不同组织部位PAL基因相对表达量与对照相比均存在显著差异,且抗病和中抗品种不同组织部位PAL基因相对表达量显著高于感病品种,尤其抗病品种GBRV-8不同组织部位PAL基因相对表达量最高,感病品种光板最低。研究认为,防卫基因PAL表达量与美洲南瓜品种抗病毒病强弱密切相关。     

转GhB301基因烟草的防御酶活性及抗病相关基因表达分析

为了明确棉花ERF-B3亚族转录因子基因GhB301在烟草异位表达后(抗枯萎病中)的功能,该研究以过表达GhB301基因烟草和野生型烟草为材料,采用枯萎病菌孢子悬浮液接菌方法,分析病原菌侵染前后防御酶活性变化以及防卫相关基因的表达变化与抗病性的关系。结果显示:(1)棉花枯萎病菌处理15d后,2个转基因株系烟草叶片黄化程度与野生型相比较轻。(2)棉花枯萎病菌处理后,过表达GhB301转基因烟草和野生型烟草叶片过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)的活性较未接菌对照显著提高,并且酶活峰值出现均早于野生型材料;转基因材料叶片的POD、PAL、PPO活性均在处理3d后达到峰值,而野生型材料叶片的POD、PAL活性在处理5d后才达到峰值。(3)接种棉花枯萎病菌后活性氧相关基因、乙烯(ET)/茉莉酸(JA)途径相关基因、病程相关基因的表达量在转基因株系OE1和OE2中均受到明显影响。研究推测,GhB301在烟草中的异位表达激活了防卫相关基因的表达,提高了防御酶的活性,从而增强了烟草对枯萎病菌的抗性。     

不同苗龄接穗的西瓜嫁接体愈合过程中的3种酶活性变化

用贴接法嫁接西瓜品种早佳(8424)和砧木葫芦品种将军的结果表明:接穗苗龄越大,嫁接成活率越低.多酚氧化酶(PPO)活性嫁接初期较高,以后变化平稳;大苗龄接穗嫁接体的PPO活性较高.嫁接初期过氧化物酶(POD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性升高,以后呈下降趋势,木质素合成和维管组织分化阶段再度升高.     

西瓜防御素基因ClPDF2.1的克隆及表达分析

该研究从西瓜中克隆了西瓜防御素基因ClPDF2.1(GenBank登录号为KC481267)。序列分析结果表明,ClPDF2.1基因开放阅读框为225bp,编码75个氨基酸,预测蛋白质分子质量为8.237kD,等电点为9.375。蛋白质结构分析表明,ClPDF2.1蛋白含有防御素特有的8个半胱氨酸结构域。进化分析显示,ClPDF2.1与拟南芥PDF2归为一类,与五彩椒的亲缘关系最近(59%)。荧光定量PCR分析表明,ClPDF2.1在西瓜根、茎、叶器官中都有表达,叶中表达量高于根,茎中表达量最低。ClPDF2.1基因的表达也受到外源植物激素水杨酸、茉莉酸甲酯、乙烯利和西瓜枯萎病菌的诱导上调,表明ClPDF2.1基因通过信号传导途径参与对西瓜枯萎病菌株的防御反应。西瓜防御素基因的克隆及表达分析为其功能鉴定奠定了基础。     

miR160a与其靶基因在西瓜嫁接苗中参与抵御低温胁迫

miR160在许多研究中被报道靶向生长素响应因子(ARF)并参与植物的生长发育,但其在葫芦科作物以及嫁接西瓜耐冷性中的调控机制尚不清晰。本研究利用生物信息学技术对miR160a进行了保守性分析、候选靶基因ARF的预测及验证、结合位点分析以及ARF基因家族的进化分析。本文以西瓜(Citrullus lanatus )为接穗材料,分别以印度南瓜(Cucurbita maxima )、中国南瓜(Cucurbita moschata )和美洲南瓜(Cucurbita pepo) 作为嫁接的砧木材料,以C6实生苗为对照,通过8^oC低温处理7 d后统计冷害指数,检测不同组织中miR160a和靶基因ARF的表达情况来探究嫁接西瓜miR160a与其靶基因在抵御低温胁迫中的调控作用。结果表明:嫁接显著提高了西瓜植株的抗冷性,影响了miR160a和其ARF靶基因的表达,并且miR160a与其靶基因整体上呈现负向调控的模式来参与嫁接西瓜抵御低温胁迫的过程。本文为今后深入研究嫁接耐冷体系提供了新的参考依据和研究基础。     

海岛棉GbGSTU7的克隆及其对枯萎病菌侵染的应答

该研究基于前期转录组测序数据分析,采用RT-PCR方法从海岛棉06-146中克隆得到参与海岛棉抗枯萎病调控的候选基因谷胱甘肽转移酶基因(GbGSTU7),对其序列进行生物信息学分析,并对GbGSTU7基因在病菌侵染下不同组织的表达特性进行分析,以探讨GbGSTU7基因与棉花抗枯萎病的关系。结果显示:(1)GbGSTU7基因CDS全长711 bp,编码236个氨基酸,属于GST家族tau类,二级结构由5个β折叠和9个α螺旋构成,三级结构呈球状。(2)枯萎病菌侵染后,GbGSTU7基因表达量在抗枯萎病品种06-146的根中呈下降趋势,48 h达到最低,茎和叶中呈先升高再降低的趋势,在茎中12 h达到最高,在叶中24 h达到最高;在感枯萎病品种‘新海14’的根中呈先下降再上升趋势,且在8 h达到最低,在茎和叶中的趋势无明显规律,但在茎中8 h达到最高,在叶中4 h达到最高;且两个材料中均表现为GbGSTU7基因在根中的表达量最低时,茎的表达量升到最高。研究表明,GbGSTU7基因在海岛棉抗、感病材料的各组织中均可响应枯萎病菌的诱导表达,且均具有明显的组织特异性;推测GbGSTU7基因可能与棉花抗枯萎病有着密切的关系,可能在棉花抵御病菌侵染的过程中发挥重要的调控作用。     

Chib1和PAL5基因在AM真菌Glomus fasciculatus诱导大豆抗线虫病害防御反应中的作用

本研究系统分析了大豆（品种：‘鲁豆4’）接种AM真菌Glomus fasciculatum和胞囊线虫（SCN,Heterodera glycines）4号生理小种后各处理菌根和线虫侵染率、几丁质酶和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性及几丁质酶基因Chib1和苯丙氨酸解氨酶基因PAL5转录物的动态变化。结果表明,接种SCN对AM真菌的侵染率没有产生显著影响,但先接种AM真菌后接种SCN的大豆根内线虫侵染率明显低于只接种SCN的处理。另外,先接种AM真菌后接种SCN的大豆根内几丁质酶和PAL活性显著提高,活性高峰出现在接种线虫后的第3天。值得注意的是,先接种AM真菌后接种SCN的大豆根内两种基因Chib1和PAL5转录物高峰也出现在接种SCN后的第3天,即AM真菌侵染率快速上升而SCN侵染率快速下降时期。所以Chib1和PAL5基因的表达可能是AM真菌诱导的抗大豆胞囊线虫病害防御反应的一种表现。因此推测Chib1和PAL5直接参与了AM真菌诱导大豆抗胞囊线虫病害的防御反应。     

Chib1和PAL5基因在AM真菌Glomus fasciculatus诱导大豆抗线虫病害防御反应中的作用

本研究系统分析了大豆(品种:‘鲁豆4’)接种AM真菌Glomusfasciculatum和胞囊线虫(SCN,Heteroderaglycines)4号生理小种后各处理菌根和线虫侵染率、几丁质酶和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性及几丁质酶基因Chib1和苯丙氨酸解氨酶基因PAL5转录物的动态变化。结果表明,接种SCN对AM真菌的侵染率没有产生显著影响,但先接种AM真菌后接种SCN的大豆根内线虫侵染率明显低于只接种SCN的处理。另外,先接种AM真菌后接种SCN的大豆根内几丁质酶和PAL活性显著提高,活性高峰出现在接种线虫后的第3天。值得注意的是,先接种AM真菌后接种SCN的大豆根内两种基因Chib1和PAL5转录物高峰也出现在接种SCN后的第3天,即AM真菌侵染率快速上升而SCN侵染率快速下降时期。所以Chib1和PAL5基因的表达可能是AM真菌诱导的抗大豆胞囊线虫病害防御反应的一种表现。因此推测Chib1和PAL5直接参与了AM真菌诱导大豆抗胞囊线虫病害的防御反应。     

梨果实愈伤组织褐腐病菌侵染过程cDNA-SRAP差异分析

梨果实褐腐病危害果实,可造成果实运输和储藏过程中严重的经济损失。本研究构建了褐腐病菌侵染梨果实愈伤组织离体系统,对梨褐腐病菌侵染其果实愈伤组织不同时期进行细胞学观察分析,基于cDNA-SRAP技术,分析该过程中差异基因表达,以期分离克隆与梨果实抗病反应过程相关的防卫基因。结果表明：与未侵染的梨果实愈伤组织相比,侵染12～60h过程中梨果实褐腐病菌从表面逐渐深入到内部细胞;30个SRAP引物组合共扩增出457条带,其中差异回收条带数为16条,差异比率为3.5%。最终获得5条差异基因表达条带。核酸序列同源性分析表明,其中1条差异基因片段未搜索到任何同源蛋白,2条差异基因片段经序列比对,序列相似度一致,与苹果属的肉桂醇乙酰脱氢酶（CAD）同源性为96%;其他2条差异基因片段分别与DNA结合蛋白（DBP）和寡肽转运蛋白（OPT）基因序列同源,其同源性为85%和78%,因此暂将这3个基因命名为PbCAD、PbDBP和PbOPT。荧光定量PCR结果表明,PbCAD基因在褐腐病菌侵染梨果实愈伤组织12和24h时相对表达量最高,为对照的2.94和2.66倍;PbOPT基因在褐腐病菌侵染梨果实愈伤组织12～36h时相对表达量明显升高,为对照的2.17～2.46倍,而其他时期表达量均与对照接近;PbDBP基因表达量在整个侵染时期均与对照接近。因此我们推测PbCAD和PbOPT基因可能为梨褐腐病菌侵染梨果实愈伤组织响应的相关防卫基因。     

黄萎病菌胁迫下野生茄子托鲁巴姆防卫反应的生理生化分析

以野生茄子托鲁巴姆(Solanum torvum Swartz)和苏崎茄(Solanum melongena L.)为主要材料,通过比较两种茄子在大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb)侵染过程中体内的生理生化指标变化,分析托鲁巴姆对黄萎病的抗性响应机制。结果表明:(1)与苏崎茄植株相比,托鲁巴姆植株表现出很强的自我防御和自我修复能力。(2)托鲁巴姆体内存在的活性氧清除系统(如SOD、POD、CAT等酶的活性)高于苏崎茄;在侵染后,托鲁巴姆体内各种酶的活性快速增加,其幅度高于苏崎茄;MDA的变化则恰恰相反。这个结果提示,黄萎病菌胁迫可能激活了托鲁巴姆体内活性氧清除系统,从而加快了某些防御物质(如木质素和抗菌物质绿原酸等)的形成,同时减缓或降低MDA等有害物质在植株体内的积累。(3)黄萎病菌侵染后各生理指标的响应时间表现出差异。托鲁巴姆中POD、PAL的活性和可溶性蛋白含量在侵染后的12h内就迅速作出响应(POD增加、PAL和可溶性蛋白减少);而SOD、PPO、CAT的活性和MDA的含量则在处理后初始阶段(至少12h)进行了一些调整,随后才进入持续性的增加或减少阶段。由此可见,托鲁巴姆对黄萎病病菌侵染的响应具有时序性,其体内POD酶、PAL酶和可溶性蛋白首先参与植物的防卫反应以应对黄萎病的胁迫,其它酶随后参与响应,它们的共同作用形成对黄萎病菌的有效防卫。     

Management Fusarium wilt on melon and watermelon by Penicillium oxalicum

The potential of the biological control fungus Penicillium oxalicum to suppress wilt caused by Fusarium oxysporum f. sp. melonis and F. oxysporum f. sp. niveum on melon and watermelon, respectively, was tested under different growth conditions. The area under disease progress curve of F. oxysporum f. sp. melonis infected melon plants was significantly reduced in growth chamber and field experiments. In glasshouse experiments, it was necessary to apply P. oxalicum and dazomet in order to reduce Fusarium wilt severity in melons caused by F. oxysporum f. sp. melonis. For watermelons, we found that P. oxalicum alone reduced the area under the disease progress curve by 58% in the growth chamber experiments and 54% in the glasshouse experiments. From these results, we suggested that P. oxalicum may be effective for the management of Fusarium wilt in melon and watermelon plants.     

海岛棉GbHCT13基因的功能验证

该研究利用海岛棉‘新海21’和陆地棉ND203以及模式植物拟南芥,通过转基因及荧光定量检测等方法探究海岛棉GbHCT13基因(GenBank 登录号MW048849)在纤维发育中的功能。结果显示：(1)成功构建重组载体pCAMBIA3301 GbHCT13,经农杆菌介导法转化、除草剂抗性基因筛选、荧光定量检测方法鉴定获得转GbHCT13基因拟南芥T₃代植株4株;qRT PCR检测表明,转基因植株中GbHCT13基因表达量较野生型极显著增加。(2)转基因拟南芥过表达GbHCT13基因使植株同一时期的生长较野生型旺盛,株形、叶片数、抽薹数和茎秆表皮毛数量均与野生型存在差异;组织化学分析发现,转GbHCT13基因的拟南芥较野生型茎秆初生木质部生长活跃,导管增粗,次生木质部导管细胞壁横截面积变大,但髓质细胞无明显变化;过表达GbHCT13使拟南芥中木质素合成途径基因发生不同程度改变,其中CAD、CCoAOMT、PAL和4CL与GbHCT13基因的表达呈正相关。(3)经大田筛选、分子鉴定,成功获得转GbHCT13基因棉花植株3株;转GbHCT13基因棉花的棉纤维伸长率增加,纤维强度增大;沉默GbHCT13基因使棉花植株木质素含量降低,茎秆表皮毛数量减少,木质部导管细胞数量减少,导管细胞壁中木质素沉积量降低,而棉株并未发生株高上的明显矮化现象,且木质素合成通路中的CAD、CCoAOMT、CCR、PAL 4个基因的表达均呈降低趋势,说明抑制GbHCT13使得棉花生长代谢受阻,影响纤维发育起始。研究表明,GbHCT13基因能影响棉花植株中木质素合成从而调控纤维的生长发育,其功能与GbHCT13基因在模式植物拟南芥中的基本一致。     

毛竹APX基因系统进化与表达分析

抗坏血酸过氧化物酶(aseorbate peroxidase, APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,尤其是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶,也是维生素C代谢的主要酶类。该文基于生物信息学方法,利用毛竹的基因组及转录组数据鉴定毛竹中的APX基因家族成员,并对其编码的蛋白基本理化性质、基因结构、启动子元件、系统进化及共线性关系、重复串联基因、GO注释及表达模式进行综合分析,共鉴定出21种编码APX的基因。结果表明:(1)PeAPX基因家族成员多为不稳定疏水蛋白,基因结构、基序及结构域相对较为保守,大多数APX基因具有高度保守的内含子模式。(2)系统进化关系显示毛竹APX基因与水稻APX基因有着较高的同源性关系,PeAPX具有较高的进化保守性。(3)Ka/Ks分析表明PeAPX基因都经历了纯化选择压力,此外在每个APX基因的启动子序列中发现有许多与应激反应和植物激素相关的顺式作用元件,结合表达量分析,表明毛竹APX基因在毛竹生长发育中起着正向促进作用。该研究为进一步了解毛竹APX基因家族基本功能及其抗氧化机制提供了一定的参考,为毛竹APX基因功能的深层次鉴定提供了重要依据。     

谷子PAL基因家族全基因组的鉴定和表达分析

苯丙氨酸解氢酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因家族参与苯丙烷类代谢过程,通过调控植物抗病次生物质的合成在植物抗逆反应中发挥重要作用。为明确谷子PAL基因家族在逆境胁迫下的表达规律,该研究利用生物信息学方法对谷子PAL基因家族进行鉴定和表达分析。结果表明:谷子具有11个PAL基因,在进化树中可分为3个亚家族,SiPAL7独自进化为一支。通过构建蛋白结构域发现PAL基因家族成员均含有保守的PAL结构域。启动子分析显示,PAL基因含有应答激素、逆境胁迫等多种因子的顺式作用元件,说明PAL基因广泛参与不同生物学调控过程。RT-qPCR结果显示,谷子PAL基因家族多为诱导型表达,不同光照条件下PAL基因表达量变化明显,不同基因具有不同响应模式,说明谷子PAL基因家族在参与光调节反应中发挥重要作用。谷子PAL基因高度保守,广泛响应不同非生物胁迫,具有表达特异性。该研究结果为揭示PAL基因家族在调节谷子抗性及胁迫应答过程中的作用提供了参考。     

鸭梨PAL基因的反义遗传转化及表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase,PAL,EC4.3.1.5)是植物通过苯丙烷代谢途径合成木质素的关键酶和限速酶,其通过影响木质素的合成而与果实中石细胞的分化、发育及果实品质密切相关。为了降低鸭梨中苯丙氨酸解氨酶的含量,该研究利用反义PAL基因遗传转化鸭梨、降低鸭梨内源PAL基因的表达。结果表明:(1)采用RT-PCR技术,利用根据Gen Bank中西洋梨PAL基因序列设计特异性引物,扩增得到496 bp的鸭梨PAL基因片段。(2)将扩增片段反向插入载体p BI121的MCS区域,构建植物PAL基因反义表达载体p BI121-As PAL。接着采用电转化法将反义表达载体转入农杆菌EHA105中,并制备出农杆菌工程菌液。(3)利用农杆菌介导法对鸭梨组培苗叶片外植体进行遗传转化,得到23株转基因鸭梨苗。PCR检测证实PAL反义基因片段转入鸭梨中,实时定量PCR检测表明转基因鸭梨苗体内PAL基因表达量均有所降低,为非转基因苗的65%~75%。该研究结果表明利用反义RNA技术获得了抑制内源性PAL基因表达的转基因鸭梨植株,为改善鸭梨果实品质、改良品种奠定了基础。     

Differential accumulation of monolignol-derived compounds in elicited flax (Linum usitatissimum) cell suspension cultures

Lignin and lignans share monolignols as common precursors and are both potentially involved in plant defence against pathogens. In this study, we investigated the effects of fungal elicitors on lignin and lignan metabolism in flax (Linum usitatissimum) cell suspensions. Cell suspension cultures of flax were treated with elicitor preparations made from mycelium extracts of Botrytis cinerea, Phoma exigua and Fusarium oxysporum F ssp lini. Elicitors induced a rapid stimulation of the monolignol pathway, as confirmed by the increase in PAL (phenylalanine ammonia-lyase, EC 4.1.3.5), CCR (cinnamoyl-CoA reductase EC 1.2.1.44) and CAD (cinnamyl alcohol dehydrogenase EC 1.1.1.195) gene expression and PAL activity. At the same time, CCR activity only increased significantly in F. oxysporum-treated cells 24 h post elicitation. On the other hand, CAD activity measured for coniferyl alcohol formation was transiently decreased but a substrate-specific activation of CAD activity was observed in F. oxysporum-treated cells when using sinapyl alcohol as substrate. The accumulation of monolignol-derived products varied according to the elicitor used. B. cinerea or P. exigua-elicited cell cultures were characterised by a reinforcement of the cell wall by a deposit of 8-O-4′-linked non-condensed lignin structures and phenolic monomers, while at the same time no stimulation of 8-8′-linked lignan or 8-5′-linked phenylcoumaran lignan accumulation was observed. Additionally, elicitation of cell cultures with F. oxysporum extracts even triggered a strong incorporation of monolignols in the non condensed labile ether-linked lignin fraction concomitantly with a decrease in lignan and phenylcoumaran lignan accumulation. Several hypotheses are proposed to explain the putative role of these compounds in the defence response of flax cells against pathogens. Electronic Supplementary Material Supplementary material is available for this article at and is accessible for authorized users. C. Hano and M. Addi contributed equally to this work.     

镰刀菌诱导的泸定百合SSH文库构建及抗病相关基因筛选

该研究以泸定百合(Lilium sargentiae Wilson)为材料,构建其组培苗经百合尖孢镰刀菌侵染后的叶片SSH文库,从中筛选镰刀菌枯萎病抗病相关基因。从正向SSH文库中随机挑取300个单克隆测序后得到280条ESTs,进行功能比对分析后,除去未知功能、沉冗蛋白以及无同源序列,得到有功能的ESTs共168条,其功能涉及信号传导、蛋白质合成与代谢、抗病与防御、物质与能量代谢、转录相关等多种途径,其中有31条ESTs与抗病防御相关。从抗病防御相关基因中选取8条ESTs:过氧化氢酶、ATP结合盒转运蛋白(ABC transporter)、Kunitz型胰蛋白酶抑制剂4(Kunitz trypsin inhibitor 4)、丝氨酸乙醛酸氨基转移酶、多聚泛素、脂氧合酶I(Lipoxygenase I)、丝氨酸/苏安酸蛋白激酶(Serine/Threonine-protein kinase)、抗坏血酸过氧化物酶(Arabidopsis thaliana),通过RTPCR对其表达情况进行分析,发现经镰刀菌诱导后均为上调表达,推测它们可能参与了泸定百合镰刀菌枯萎病的抗病反应途径。     

巴西橡胶树HbMYB52基因的克隆及其在拟南芥中的表达

为揭示Hb MYB52在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)木材发育过程中的功能,从其转录组中分离克隆到1个MYB转录因子G21亚组成员基因,命名为Hb MYB52,开放阅读框为726 bp,编码242个氨基酸的蛋白,在木质部中高度表达。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过表达Hb MYB52,虽未改变转基因植株株型,但植株维管束间纤维细胞壁明显增厚,同时抑制了木质纤维、导管次生壁形成。转基因拟南芥株系3和株系6中纤维素和木质素含量减少,相应各组分合成的关键酶基因的表达量也不同程度下降;株系8产生了木质素异位沉积,且木质素合成关键酶基因表达活跃。因此,推测Hb MYB52参与了植物次生壁形成调控,在拟南芥次生壁形成中可能发挥了双重功能:一方面负调控维管束次生壁形成以及各组分的生物合成,另一方面具有促进束间纤维次生壁增厚的作用。