西瓜食酸菌与黄瓜互作转录组分析

【背景】细菌性果斑病是一种严重的种传细菌病害,其病原菌为西瓜食酸菌。截至目前对该病病原菌与寄主的互作机制认识极为有限。葫芦科的模式植物黄瓜易被西瓜食酸菌侵染发病,对西瓜食酸菌-黄瓜互作体系进行转录组分析,可以为探究西瓜食酸菌与寄主互作机制奠定重要基础。【目的】解析西瓜食酸菌-黄瓜互作时的相互响应规律。【方法】以细菌悬液注射接种6d黄瓜子叶,处理48 h的子叶作为转录组测序样本。利用RNA-Seq技术分析西瓜食酸菌FC440菌株与黄瓜9930品种互作时基因的表达特征。【结果】测序数据质量分析发现,各样品不同重复间相关性较强,与参考基因组比对率达95%以上,聚类分析发现对照组与处理组表达模式相反,样品处理达到一定效果,表明数据整体质量较高。选取6个差异表达基因进行RT-qPCR验证,结果显示6个基因的表达模式与转录组结果基本一致,表明转录组测序结果比较可靠。西瓜食酸菌和黄瓜互作48 h后,在转录组水平分别检测到1 618个和8 698个差异表达基因。Gene Ontology (GO)功能注释显示,细菌的差异基因显著富集在细胞组分中的细胞膜(37.5%)和膜部分(27.0%),生物过程中的氧化还原过程(66.7%)以及分子功能中的水解酶活性(66.5%);黄瓜的差异基因显著富集在细胞组分中的质体(22.2%)和叶绿体(21.3%),分子功能中的催化活性(70.0%)以及生物过程中的碳水化合物衍生物代谢(32.2%)。Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)分析显示,细菌中致病相关基因显著富集在群体感应及细菌趋化性途径,而且群体感应系统基因下调更显著。黄瓜中调控钙依赖蛋白激酶(Calcium-Dependent Protein Kinase,CDPK)、钙调素和类钙调素(Calmodulin and Calmodulin-Like,CaMCML)及呼吸氧暴发激酶(Respiratory Burst Oxidase Homologne,Rboh)的基因总体上调,调控苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine Ammonia-Lyase,PAL)的基因和谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-Transferase,GST)的基因在相应代谢途径中数量最多且上调程度明显。【结论】获得较高质量的西瓜食酸菌与黄瓜互作的转录组测序结果。群体感应与西瓜食酸菌FC440菌株致病力密切相关;寄主黄瓜应对西瓜食酸菌侵染以Ca~(2+)信号激活的防御反应为主。PAL和GST在黄瓜抵抗西瓜食酸菌侵染中发挥重要作用。本研究为进一步深入解析西瓜食酸菌与寄主互作的机制奠定了基础。     

西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW功能初步分析

【背景】细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)是葫芦科植物上一种严重的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli)。目前已知Ⅲ型分泌效应物(typeⅢsecreted effectors,T3SEs)是该病菌的关键致病因子,但对其效应物功能和作用机制的认识非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW,分析其编码蛋白质影响植物免疫的方式,为更深入地认识该基因在西瓜食酸菌致病机制中的作用奠定基础。【方法】利用生物信息学分析其序列特征;借助荧光定量PCR技术分析aopW的表达调控及其与抗病相关基因表达间的关系;利用基因突变及基因功能互补手段,通过分析致病性、寄主活性氧积累量等解析基因功能;采用瞬时表达技术了解AopW诱导非寄主hypersensitive response (HR)能力及其亚细胞定位情况。【结果】aopW基因启动子区存在Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system,T3SS)核心基因结合位点,其编码的蛋白不存在信号肽和跨膜螺旋区,与Ⅲ型分泌效应物harpin蛋白同源;T3SS核心基因hr...     

西瓜食酸菌Ⅲ型效应蛋白AopAI的鉴定及其功能初步分析

【背景】西瓜食酸菌（Acidovorax citrulli,Ac）引起的细菌性果斑病是葫芦科植物重要的病害之一,通过Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secreted system,T3SS）分泌至植物体内的Ⅲ型效应蛋白（type Ⅲ effector,T3E）是该菌重要的致病因子,目前对Ac T3E的认识仍然非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌候选的T3E Acidovorax outer protein AI （AopAI）,分析其对Ac致病力的影响和干扰植物免疫的方式。【方法】利用生物信息学方法分析AopAI序列特征、AvrBs1无毒报告系统验证蛋白转运功能;通过荧光定量PCR技术分析aopAI基因表达的调控及其对植物病原相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern,PAMP）激发的免疫反应（PAMP-triggered immunity,PTI）信号通路标记基因表达的影响;利用基因插入突变和基因功能互补方法,检测菌的致病力、植物组织过氧化氢和胼胝质积累量的变化;运用瞬时表达技术分析AopAI亚细胞定位和其抑制激发子诱导细胞死亡的能力。【结果】AopAI蛋白序列中不含跨膜螺旋区和信号肽,含有二磷酸腺苷（adenosine diphosphate,ADP）核糖基转移酶保守结构域;在T3SS核心基因hrpG和hrpX突变体中aopAI基因表达量显著降低;表达AopAI及AvrBs1功能区（59-445 aa）的avrBs1突变体可诱导ECW-10R辣椒叶发生过敏性坏死反应,表明AopAI具有转运功能;aopAI基因突变体在黄瓜子叶上的致病力减弱,但与其互作的黄瓜子叶组织中过氧化氢和胼胝质的含量均显著增加;AopAI在本氏烟叶瞬时表达后,显示其定位于细胞膜和细胞核,还表现抑制激发子NIP诱导的叶细胞死亡,导致叶细胞的PTI信号通路标记基因GRAS2和ACRE31的表达量显著降低。【结论】在西瓜食酸菌中具有一个定位于细胞核和细胞膜、有ADP核糖基转移酶结构域的T3E蛋白AopAI,该T3E是能够抑制NIP诱导的细胞死亡的毒性蛋白,通过抑制ACRE31调节的免疫途径降低植物过氧化氢和胼胝质的积累,以抑制植物PTI防御反应机制。     

晋西黄土区辽东栎和山杨树干液流对环境因子的响应

2012年4—10月,应用TDP热扩散探针技术,对生长季晋西黄土区次生林主要组成树种辽东栎和山杨树干液流速率进行测定,结合同步测定的空气相对湿度(RH)、太阳光合有效辐射(PAR)、大气温度(T)和土壤含水量(θ)等环境因子,分析液流速率对环境因子的响应.结果表明: 5、6月,影响辽东栎和山杨树干液流速率的主要气象因子是空气饱和水汽压差(VPD)和PAR;7、8月,影响辽东栎和山杨树干液流速率的主要气象因子是VPD和T.除气象因子外,土壤水分条件也是驱动液流变化的重要因素,降雨后θ的增加能够有效影响液流速率,5、6、7、8月,辽东栎降雨后的平均液流速率比降雨前分别增大了28.3％、48.6％、16.9％、11.5％,山杨在6、7、8月降雨后的平均液流速率比降雨前分别增大了0.6％、4.5％、2.3％,辽东栎的增幅明显大于山杨.辽东栎液流速率对降雨后土壤含水量变化更敏感,表现出更高的耗水能力和需水要求,而降雨后山杨的耗水策略仍较保守.液流速率和VPD的关系可以采用指数饱和曲线函数拟合,降雨前后拟合参数的变化说明土壤水分条件的改善能够促进液流速率更快速地到达饱和值.     

祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性影响因子

为探索祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性的影响因子及其效应,采用野外实地放水冲刷法,以一定体积的冲刷水流含沙量为指标,对土壤抗冲性进行了研究,并调查了海拔、坡度、植被高度、植被覆盖度、地上生物量、根系密度、生物多样性、土壤质地等因子,利用通径分析研究了各因子与土壤抗冲性的关系。结果表明:(1)土壤抗冲性与海拔、植被覆盖度、根系密度和土壤砂粒体积分数呈极显著正相关(P0.01),而与坡度和土壤粉粒体积分数呈极显著负相关(P0.01),与地上生物量和物种丰富度呈显著正相关(P0.05),与植被高度不具备显著相关性;(2)通径分析结果显示,植被覆盖度和根系密度是影响祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性的主导因素,植被覆盖度对土壤抗冲性的影响主要表现为强烈的直接作用(0.660),而根系密度对土壤抗冲性的直接作用相对较小(0.286),有较大一部分影响表现为间接作用(0.174);(3)径流含沙量随植被覆盖度和根系密度的增加明显减少,植被覆盖度与径流含沙量间的关系可用指数或对数形式表达,根系密度与径流含沙量间的关系可用指数形式表达。研究显示,在祁连山区典型草地生态系统,与海拔、坡度、地上生物量、植物多样性、土壤质地等因素相比,植被覆盖度和根系密度对土壤抗冲性的影响作用更突出,提高植被覆盖度与根系密度能够有效增强土壤抗冲性。该研究可为祁连山区的土壤侵蚀规律研究及效益评价提供依据。     

西瓜食酸菌Ⅲ型效应蛋白AopBF1的鉴定与功能分析

【背景】细菌性果斑病（bacterial fruit blotch,BFB）是一种发生在葫芦科作物上的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌（Acidovorax citrulli）,西瓜食酸菌通过Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secretion system,T3SS）将重要的致病因子Ⅲ型效应蛋白（type Ⅲ effector,T3E）转运到植物体内,从而致病。目前,对于T3E致病机制的认识非常有限。课题组前期已鉴定到西瓜食酸菌FC440菌株中的一些候选T3E。【目的】明确西瓜食酸菌FC440菌株候选T3E中AopBF1的序列特征、转运特性及其在病原菌致病过程中的作用,可以为深入解析病原菌致病机制奠定理论基础。【方法】利用生物信息学手段,预测分析AopBF1的T3E序列特征;通过RT-qPCR、无毒蛋白报告系统检测AopBF1所受调控及其转运特性;观察aopBF1突变体（插入突变）及过表达时西瓜食酸菌的致病力表型,分析AopBF1对西瓜食酸菌致病性的贡献。【结果】AopBF1具有T3E的序列特征、不含保守结构域,具有蛋白激酶序列特征;AopBF1在T3SS核心调控基因hrpX、hrpG突变株中的表达量显著降低;当aopBF1基因与AvrBs1功能区（59-445 aa）片段同时于avrBs1突变株中表达时,能够诱发含Bs1蛋白的ECW-10R辣椒叶片发生过敏性坏死反应;aopBF1突变株对寄主黄瓜的致病力显著减弱,而同时黄瓜组织中过氧化氢、超氧阴离子自由基及胼胝质的积累量表现为显著增加;AopBF1过表达菌株对寄主的致病力显著增强,其在诱导本氏烟的hypersensitive response （HR）反应发生上表现延迟;AopBF1瞬时表达时,显示定位于本氏烟细胞的细胞质、细胞核和细胞膜,可诱发本氏烟发生HR反应,促进PAMP-triggered immunity （PTI）及激素通路相关基因的表达。【结论】AopBF1是西瓜食酸菌的一个具有蛋白激酶特征的T3E,抑制寄主活性氧和胼胝质积累等PTI免疫反应以促进西瓜食酸菌的致病,激发含R抗性蛋白的本氏烟的PTI和激素相关抗病免疫反应。     

晋西黄土区陡坡植被自然恢复评价

为了解黄土沟壑区35°以上陡坡植被的恢复状况,本文结合遥感和GIS技术,采用野外调查方法,于2016年6—8月,选取山西吉县蔡家川流域35°以上的阴坡、半阴坡、阳坡、半阳坡等无人为干扰的100个陡坡样地进行植被群落调查,在划分立地类型的基础上,以空间代替时间的方法分析陡坡各立地的植被覆盖度、群落恢复度(RD)和恢复速度的变化。结果表明:陡坡立地共分为3个立地类型组,分别为Ⅰ组(35°~45°)、Ⅱ组(45°~55°)和Ⅲ组(55°);Ⅰ组和Ⅱ组植被覆盖度和生物量与Ⅲ组差异均显著(P0.05);陡坡植被恢复在早期阶段(RD为0.1~0.3)群落恢复度较低但恢复速度快;在中期阶段(RD为0.3~0.7),恢复度、恢复速度中等;在后期阶段(RD0.7),恢复度较高,恢复速度慢;Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组植物群落自然恢复的策略不同,Ⅰ组和Ⅱ组植被在恢复前期恢复速度最快,Ⅲ组植被在后期恢复速度较快;Ⅰ组和Ⅱ组中已存在恢复度达到0.8以上的群落,植被自然恢复的效果良好,而Ⅲ组群落最大恢复度仅达到0.5,植被自然恢复的效果并不明显。