大麦抗白粉病基因Mlo的研究进展

野生型Mlo基因是大麦抗白粉病的负调控因子,该基因突变,赋予大麦对白粉菌的广谱抗性。综述了Mlo基因结构、功能及Mlo突变的等位基因(mlo)的抗性特点;讨论了mlo基因可能的抗病机制。为mlo抗性在麦类白粉病抗病育种中的应用提供了理论基础。     

蔷薇科植物MLO蛋白家族的生物信息学分析

MLO基因家族是一类重要的植物抗病基因,MLO蛋白的突变体对白粉病真菌表现出广谱抗性,且能特异性调控细胞死亡,利用自发的细胞死亡来应答发育或非生物刺激。为了分析蔷薇科植物MLO蛋白的结构特征、系统进化及潜在功能,本研究利用生物信息学方法对在Gen Bank中已登录的来自于蔷薇科的7个物种共计82条具有完整ORF的MLO基因进行了分析。分析显示这82条蛋白的氨基酸数量、碱基数、分子量差异较小,平均亲水系数为-0.191~0.253,绝大多数具有内含子结构;亚细胞定位主要分布于质膜中,包含5~8个跨膜结构;共有15个保守基序,长度在15~50个氨基酸之间。其中,等电点小于7的仅有1条,6条蛋白具有信号肽。系统进化关系揭示了这些物种间具有较高的同源性和保守性;将其与其它物种中已鉴定的MLO基因进行聚类分析,筛选出32个可能与抗白粉病相关的候选基因;进一步序列比对分析,发现仅有17条基因具有MLO型白粉病基因所有的典型结构。因此,本研究表明,所选用的82条蔷薇科MLO基因中,仅有17条基因可能参与寄主-白粉病菌的互作过程。本研究为进一步研究蔷薇科及其他植物MLO基因的抗病遗传机制提供了一些参考依据。     

基于长尖叶蔷薇与大花香水月季转录组数据的MLO unigenes生物信息学及表达分析

在对长尖叶蔷薇和大花香水月季转录组测序的基础上,利用生物信息学方法,从其转录组数据中共获得23条MLO unigenes并对其进行了分析。结果显示它们之间的氨基酸数量、碱基数、分子量差异较小,多数为疏水性蛋白,平均亲水系数为-0.157~0.190,富含亮氨酸和丝氨酸。亚细胞定位主要分布于质膜中,包含5~9个跨膜结构;二级结构主要由α-螺旋组成。其中,等电点小于7的仅有1条,2条蛋白具有信号肽。这23条MLO蛋白具有15个长度在15~50个氨基酸间的保守基序。它们的系统进化关系分析结果揭示了MLO基因在长尖叶蔷薇与大花香水月季间具有较高的同源性和保守性。将这23条unigenes与来自于月季和拟南芥的MLO基因进行聚类分析,确定了6条可能参与抗白粉病的候选基因,对这6条候选基因进一步分析发现仅有2条unigenes符合MLO型白粉病基因的典型结构特征。最后,通过q RT-PCR试验验证,结果表明:这2条候选基因的相对表达量,在受到白粉病菌侵染后呈积极上调趋势。上述研究结果表明这2条候选基因很可能参与了寄主—白粉病菌的互作过程。     

小麦TaMlo基因的原核表达、抗体制备及细胞化学分析(简报)

白粉病菌(Blumeria graminis)是一类高度专化性的寄生真菌,可侵染650多种单子叶植物和 9000多种双子叶植物,能够引起多种麦类作物的白粉病,给农业生产带来巨大的损失。由于白粉病菌生理小种多、变异快,所以利用专化性抗病基因难以解决植物的持久抗病性问题。人们在研究大麦白粉病时．发现大麦Mlo基因的隐性突变可导致大麦对绝大多数白粉病菌生理小种的高效持久的广谱抗病性。Schulze-Lefert等多家实验室合作于1997年成功克隆了野生的 Mlo基因。进一步研究表明．该基因编码一种植物特有的具有7个跨膜区和羧基端长尾的膜蛋白(Mlo),它可能对植物细胞的坏死起负调控作用。但Mlo基因如何表达及其在白粉病菌发育中的作用机制尚不清楚。     

小麦TaMlo基因的原核表达、抗体制备及细胞化学分析（简报）

白粉病菌（Blumeria graminis）是一类高度专化性的寄生真菌。可侵染650多种单子叶植物和9000多种双子叶植物．能够引起多种麦类作物的白粉病。给农业生产带来巨大的损失。由于白粉病菌生理小种多、变异快。所以利用专化性抗病基因难以解决植物的持久抗病性问题。人们在研究大麦白粉病时。发现大麦Mlo基因的隐性突变可导致大麦对绝大多数白粉病菌生理小种的高效持久的广谱抗病性。Schulze—Lefert等多家实验室合作于1997年成功克隆了野生的Mlo基因。进一步研究表明。该基因编码一种植物特有的具有7个跨膜区和羧基端长尾的膜蛋白（Mlo）,它可能对植物细胞的坏死起负调控作用。但Mlo基因如何表达及其在白粉病菌发育中的作用机制尚不清楚。     

樟树NBS-LRR类抗病基因家族分析与CcRNL基因克隆

樟树(Cinnamomum camphora L.Presl.)是自然界中较少受病原体侵害的优良抗性种质资源。利用生物信息的方法对樟树叶组织转录组数据中NBS类抗病基因进行了鉴定,对其编码的假定蛋白的理化性质、保守基序及系统发生关系等进行分析。结果表明,在樟树叶组织转录组中共找到28个具有完整编码框的NBS类抗病基因,大小在2 118-3 378 bp之间,编码蛋白等电点在5.35-9.03之间;在NBS区域内鉴定获得8个保守motifs,系统发育树将28个成员分为5个亚组。通过PCR法克隆获得2个RNL类抗病基因全长,分别命名为CcRNL1和CcRNL2,在氨基酸序列水平二者相似性为71%,在多肽N端都具有RPW8-like保守序列,暗示它们可能具有拟南芥RPW8基因所具有的广谱抗白粉病功能。采集感白粉病和正常樟树幼叶进行表达分析,结果显示CcRNL1可被樟树白粉病菌诱导表达,推测其可能参与了响应白粉病菌胁迫反应过程。     

肯贵阿1号抗小麦白粉病基因单体分析

肯贵阿1号是我院选育的一个高产并综合抗病的小麦新品种。我们对其抗白粉病菌斗号小种的抗 性基因进行了单体分析。分析结果表明,该抗性基因位于6A染色体上。与目前已发现的小麦抗白粉病 基因相比较,可能是一个新的抗性基因。     

小麦病程相关基因TaSec14的克隆及功能研究

Sec14蛋白家族在植物中参与磷酸代谢、信号转导等基本生命过程。从感白粉病小麦品种京411中克隆到一个磷脂酰肌醇转运蛋白基因,其开放阅读框为1 212 bp,编码403个氨基酸,与二穗短柄草中磷脂酰肌醇转运蛋白PITP3(XP_010236107.1)有80.45%的同源性,含有SEC14保守结构域,命名为TaSec14。接种白粉菌后,TaSec14在京411及其近等基因系BJ-1中表达趋势一致,表达量均高于抗病小麦品种Brock。利用病毒介导的基因沉默技术敲减京411中的TaSec14基因后,BSMV∶TaSec14叶片上白粉菌孢子的成功侵染率低于GKP Buffer对照组,而畸形率高于对照组,表明降低TaSec14基因的表达能在一定程度上提高感病小麦京411对白粉菌的抗性。推测TaSec14基因可能在小麦与白粉菌互作过程具有调控作用。     

硬粒小麦-粗山羊草双二倍体白粉病抗性的遗传分析与基因推导

对99份硬粒小麦-粗山羊双二倍体用北京地区流行的5号白粉菌生理小种进行了白粉病抗性鉴定,筛选出11个苗期抗病的双二倍体材料和2个全生育期抗病的材料M53和M81。对M53和M81及其硬粒小麦和粗山羊草亲本进行的抗白粉病鉴定结果表明,其抗性来源于粗山羊草。与M53和M81具有相同硬粒小麦亲本、不同粗山羊草亲本双二倍体的抗性结果也表明抗性基因来源于粗山羊草。对M53和M81的抗性遗传分析表明,它们均携带1个单显性抗病基因。用14个白粉菌生理小种对已知抗病基因品系与M53和M81两份待测材料进行接种鉴定,结果表明,M53和M81与已知基因的抗菌谱均不相同,M53与M81的抗菌谱也不相同,说明M53和M81各自分别携带1个新的显性抗白粉病基因。     

利用瞬间表达技术分析小麦抗病相关基因的功能

采用瞬间表达技术分析了TaTBL、TaPK1和TaTST等3个抗病相关基因的功能。首先将这3个小麦抗病相关基因构建入高效表达载体,然后使用基因枪将目标基因和GUS基因载体同时导入到感白粉病小麦品种离体叶片表皮细胞中,用GUS基因标记阳性转化细胞。转化后接种白粉菌孢子,48h后观察转化阳性表皮细胞,研究抗病相关基因表达对白粉菌入侵及吸器形成产生的影响。结果表明,这3个基因在感病小麦品种叶片表皮细胞中的瞬间表达,对白粉菌侵入和吸器形成均有部分抑制作用,在一定程度上增强了表达细胞对白粉菌的抗性。     

橡胶树白粉菌分支酸变位酶基因克隆及蛋白表达纯化

由橡胶树白粉菌引起的橡胶树白粉病是橡胶树的重要的叶部病害之一,严重影响橡胶的产量。然而目前对橡胶树白粉菌的致病机理研究匮乏。分支酸变位酶是莽草酸途径的关键酶,能够将分支酸转化为预苯酸,为植物提供氨基酸及大量代谢产物,在植物抗病中起到非常重要的作用。而植物病原物在致病过程当中能够分泌分支酸变位酶影响植物莽草酸途径,从而抑制植物的防卫反应。因此研究橡胶树白粉菌分支酸变位酶在其致病过程中的功能具有一定的意义。试验利用同源比对分析在橡胶树白粉菌基因组中获得一个分支酸变位酶同源蛋白,并用PCR克隆获得橡胶树白粉菌分支酸变位酶基因,命名为OHCmu。后续构建GST-OHCmu融合原核表达载体,筛选最优诱导条件,并利用GST亲和层析柱对蛋白进行纯化。结果表明橡胶树白粉菌OHCmu基因大小843 bp,具有1个内含子,编码263个氨基酸;具有d5csma_结构域,属于Chorismate mutaseⅡ蛋白家族;GST-OHCmu融合蛋白外源诱导表达在供试条件下(IPTG:0.8 mmol/L, 16℃)可以有较好的表达,获得融合蛋白大小约为56 kD。经过GST亲和层析柱纯化、切割GST标签后,顺利获得浓度较高、较纯的橡胶树白粉菌OHCmu蛋白。研究结果为后续OHCmu蛋白的特性及致病机理研究提供参考。     

植物病程相关蛋白及其在烟草中的研究进展

植物在受到病原物侵染时,会产生一系列抗性反应,病程相关蛋白是其中参与抗病性的重要物质,能够被病原物诱导产生并在植物体内积累,对于诱导植物系统抗性,阻止病原物侵染具有重要作用。对植物病程相关蛋白的性质、诱导因素、分类和功能进行综述,并概述病程相关蛋白与烟草系统抗性的紧密联系以及烟草病程相关蛋白基因在增强系统抗性中的应用,为烟草抗病育种和病虫害防治提供了理论。     

拟南芥和水稻非特异脂质转运蛋白的分子进化、表达模式以及在花药发育中的功能分析

植物非特异脂质转运蛋白(non-specific lipid transfer proteins,ns LTPs)是一类小分子碱性蛋白,该蛋白家族在植物的角质蜡质形成、信号转导以及生殖发育等方面发挥了重要的功能。目前植物中已经克隆出几十个ns LTPs基因并对它们开展了初步的功能研究,但对该基因家族在拟南芥和水稻中的基本信息、分子进化、表达模式和功能预测方面进行系统对比的数据仍很欠缺。本研究尝试利用生物信息学的方法,通过对比分析45个拟南芥和49个水稻ns LTPs基因的亚家族分类、基因复制、蛋白结构、表达模式和功能预测等信息,初步阐明ns LTPs基因家族在单双子叶中可能存在的进化、表达模式和功能上的差异。同时以花药发育过程为例,细致分析了ns LTPs不同亚家族基因在花药发育过程中表达水平的变化,从而推测各个亚家族蛋白在花药发育不同时期的功能。本研究以期为ns LTPs将来在植物育种和遗传学中的应用研究提供理论基础。     

转基因胡萝卜中的广谱真菌抗性

Mogen用实验证实了遗传工程胡萝卜植物对白粉菌属(白粉病)真菌的高水平大田抗性。该实验还进一步证实了1994年对尾孢属和链格孢属中2个种的抗性的研究结果。利用常规的育种方法很难获得上述多种真菌抗性。     

普通小麦99-2439 中的白粉病抗性遗传

普通冬小麦品系99-2439在郑州连续4年对田间白粉菌(Blumeria graminis sp. tritici)表现高抗,但其抗性基因来源不清。通过染色体C-分带和1RS染色体特异性SCAR标记鉴定, 表明它是一个小麦-黑麦(Triticum aestivum - Secale cereale)1BL/1RS异易位系。通过对中国春×99-2439杂交F2代分离群 体抗性鉴定和1RS染色体臂检测结果分析, 证明该抗病基因不在1RS染色体臂上。用单孢小麦白粉菌分离株对其抗性遗传进行研究, 结果表明, 99-2439的白粉病抗性由一对小种专化、隐性抗病基因控制。由于携带Pm5a的Hope/8Cc对中国的21个小麦白粉菌分离菌株均高度感病, 而99-2439高抗混和白粉菌和5个单孢分离菌株, 所以, 99-2439所携带的抗白粉病基因不同于Pm5a。     

小麦抗白粉病侵染初期的表达序列标签分析

以抗白粉病品系“百农 32 17×Mardler”　BC5F4为材料 ,构建了一个白粉病菌接种初期的抑制消减杂交cDNA文库 ,测序获得 76 0条ESTs。与GenBank序列进行BLASTx分析 ,获功能已知ESTs 2 71条。通过分析抗病相关基因 ,推测G蛋白介导的信号传导途径、SA信号传递系统、MAP相关信号传递系统等参与了小麦抗白粉病过程。SAR基因在抗病相关ESTs中的种类与数量最多。数据显示苯丙烷代谢途径、细胞壁结构修饰作用、细胞保卫机制参与了抗病过程。未知功能ESTs与GenBank序列进行BLASTn分析 ,其中许多与病原菌、非病原菌诱导cDNA文库来源的ESTs同源 ;新ESTs占全部ESTs的 16 6 %。     

硬粒小麦—粗山羊草双二倍体白粉病抗性的遗传分析与基因推导

对９９份硬粒小麦－粗山羊草双二倍体用北京地区流行的１５号粉菌生理小种进行了白粉病抗性鉴定,筛选出１１个苗期抗病的双二倍体材料和２个全生育期抗病的材料Ｍ５３和Ｍ８１。对53几Ｍ８１及其硬粒小麦和粗山羊草亲本进行的抗白粉病鉴定结果表明,其抗性来源于粗山羊草,与Ｍ５３和Ｍ８１具有相同硬粒小麦亲本、不同粗山羊草亲本双二倍体的抗性结果也表明抗性基因来源于粗山羊草,对Ｍ５３和Ｍ８１的抗性遗传分析表明,它们均携带１个单显性抗病基因,用１４个白粉菌生理小种对已知抗病基因品系与Ｍ５３和Ｍ８１两份待测材料进行接种鉴定,结果表明,Ｍ５３和Ｍ８１与已知基因的抗菌谱均不相同,Ｍ５３与Ｍ８１的抗菌谱也不相同,说明Ｍ５３和Ｍ８１各自分别携带１个新的显抗性白粉病基因。     

普通小麦99-2439中的白粉病抗性遗传

普通冬小麦品系99-2439在郑州连续4年对田间白粉菌(Blumeria graminis sp.tritici)表现高抗,但其抗性基因来源不清.通过染色体C-分带和IRS染色体特异性SCAR标记鉴定,表明它是一个小麦-黑麦(Triticum aestivum-Secale cereale)lBL/1RS异易位系.通过对中国春×99-2439杂交F2代分离群体抗性鉴定和1RS染色体臂检测结果分析,证明该抗病基因不在1RS染色体臂上.用单孢小麦白粉菌分离株对其抗性遗传进行研究,结果表明,99-2439的白粉病抗性由一对小种专化、隐性抗病基因控制.由于携带Pm5a的Hope/8Cc对中国的21个小麦白粉菌分离菌株均高度感病,而99-2439高抗混和白粉菌和5个单孢分离菌株,所以,99-2439所携带的抗白粉病基因不同于Pm5a.     

谷子几丁质酶基因家族鉴定及在白发病菌胁迫下的表达分析

谷子白发病是威胁谷子产量和品质的重要系统性侵染病害。在抵抗病原菌的过程中,抗病相关基因起着尤为重要的作用。几丁质酶(Chitinase,EC.3.2.1.14)是植物抗病反应过程中的一类重要的病程相关蛋白,在植物防御病原菌侵染和害虫危害中扮演重要的角色。本研究在前期对白发病菌侵染抗感谷子品种转录组分析的基础上发现几丁质酶家族基因在抗感品种中显著差异表达,推测该家族基因可能参与谷子对白发病的抗病反应过程。基于此,本研究运用生物信息学相关技术对筛选出的30个谷子候选抗病相关几丁质酶家族基因进行染色体定位,利用TBtools等软件对该基因家族的理化性质、基因结构、发育树构建、蛋白序列及其转录水平进行分析。结果表明,30个谷子几丁质酶家族基因分布在8条染色体上(第6条染色体除外)。几丁质酶蛋白均含有分泌信号肽,预测为分泌蛋白,且具有保守蛋白基序。系统发育树分析显示,该基因家族成员可分为3个亚组。结合白发病菌侵染抗感谷子转录组数据,根据其表达模式的差异,可分为上调、下调和不表达3类基因。荧光定量PCR结果表明,Seita.1G225300、Seita.4G286000、Seita.5G389900、Seita.7G150600、Seita.7G150700和Seita.8G076900这些基因表达在抗感品种中存在显著差异,很可能参与抗白发病的调控过程。其研究结果有望为谷子抗病基因克隆及分子育种提供一定的理论参考。     

新疆地区小麦白粉病菌寄主范围的研究

用小麦白粉病菌11个生理小种的混合菌种,对新疆地区的小麦近缘植物的7个属22个种的47份材料进行接种,除6份免疫外,其余均接种成功.用其中6个属19个种的29份小麦近缘植物产生的白粉病菌,对小麦回接,参试的29份材料全部回接成功.小麦白粉病菌对小麦近缘植物的寄生像在小麦上一样,有明显的寄生专化性.感病的小麦近缘植物的78.0%对小麦白粉病菌的感病性,随生育期增长而急剧下降.文中并对小麦白粉病中间寄主的作用进行了讨论.