马铃薯致病疫霉研究进展

马铃薯致病疫霉(Phytophthora infestans)属卵菌纲(Oomycetes)霜霉目(Peronosporales)腐霉科(Pythiaceae)疫霉属(Phytophthora),是马铃薯和番茄晚疫病病原菌。由于晚疫病对马铃薯生产的毁灭性和严重性,对致病疫霉的研究一直是关注的重点。本文首先对病害引起的症状、发生特点及流行规律进行阐述,对有性生殖发生的遗传规律和多种交配型共存的大环境下病原菌群体结构变异特点进行归纳总结。随着2009年致病疫霉基因组测序的完成,本文比对了疫霉属目前已完成测序各个种的基因组学特点,介绍了致病疫霉在效应子克隆方面的研究进展及线粒体基因组研究现状,阐述了功能基因组学的两个重要技术:高密度遗传连锁图谱(high density linkage mapping)和全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),及其在挖掘致病疫霉重要功能基因上的应用。本文有助于了解致病疫霉研究热点及后续突破方向,可为深入解析致病疫霉的功能基因及致病机制提供参考,对开发马铃薯晚疫病菌药物靶标及预测病害的大规模流行趋势也具有重要意义。     

致病疫霉RXLR效应蛋白相关研究进展

由致病疫霉(Phytophthora infestans(Mont.)de Bary)引起的晚疫病是马铃薯生产中最具毁灭性的病害。为了成功入侵和在寄主植物中繁衍,致病疫霉会向寄主细胞分泌一类RXLR效应蛋白以干扰植物免疫系统。自2005年克隆第一个晚疫病菌RXLR类无毒基因AVR3a以来,国内外学者从RXLR效应蛋白的结构、功能,以及与寄主靶标作用机理等多个方面展开了大量研究。随着高通量测序技术与效应子组学技术的发展,RXLR效应蛋白抑制植物免疫分子机制也取得了显著进展。RXLR效应蛋白的研究有助于揭示致病疫霉与马铃薯互作分子机制,并进一步为马铃薯抗病育种工作提供新思路。主要概述了致病疫霉RXLR效应蛋白的相关研究进展,重点介绍了致病疫霉AVR基因的克隆、定位、变异及功能等方面的最新进展,同时对未来值得关注的研究方向进行了探讨。     

致病疫霉有性生殖诱导及F1代遗传多样性

致病疫霉Phytophthora infestans为马铃薯晚疫病的重要病原菌。通过从昆明市寻甸县采集110P和H-6两株致病疫霉,明确其染色体倍性、交配型、线粒体单倍型、毒性和甲霜灵敏感性,经对峙培养,利用改良的卵孢子萌发方法获得有性生殖F1代群体POP1（60株）,并对POP1进行表型和基因型测定。结果表明：冷冻处理24h为最佳条件,卵孢子萌发率达5.09%±0.15%;POP1的交配型、毒性和甲霜灵敏感性均发生了分离,其中交配型分离比为A1:A2:A1A2:自育型（SF）=16:5:17:22,毒性分离比为抗性（R）:敏感性（S）=11:49,甲霜灵敏感性分离比为抗性（R）:敏感性（S）=2:58;3个表型的分离均偏离孟德尔单基因显性遗传特点。基于8对SSR多态性引物对POP1基因型分析表明,遗传相似系数为0.98时,可将所有菌株分为14个基因型;遗传相似系数为0.95时,可将POP1分为6个分支,其中优势群体为S1,占分离群体的61.67%。关联分析进一步表明,8对SSR所代表的基因型和几个重要表型有显著相关性（R2=0.6667）。本研究建立了高效的致病疫霉卵孢子萌发体系,解析了有性生殖后代群体遗传结构特点,为深入探索致病疫霉的变异规律及病害流行趋势提供了理论基础。     

马铃薯晚疫病菌原生质体制备及再生体系的研究

为明确致病疫霉的致病机理需要建立高效的病原菌原生质体制备和再生体系。通过对马铃薯晚疫病菌制备和再生过程的研究,采用两种裂解酶Driselase和Cellulase R-10,以不同菌龄、裂解酶、裂解酶的浓度和裂解酶的反应时间为研究条件,得到原生质体制备的最佳条件为:以培养18 d的菌丝体为材料,用10 mg/m L Driselase处理菌丝60 min后,原生质体产量达9.5×104个/g;以0.1 mol/L氯化钙和0.4 mol/L甘露醇作为渗透压稳定剂,以黑麦V8固体再生培养基得到的原生质体再生率最高达3.1%。     

云南省马铃薯早疫病病原及毒性特点分析

【背景】早疫病是马铃薯主要病害之一,其病原为链格孢属(Alternaria)真菌,组成具有种复杂性和毒性差异性。【目的】明确云南省马铃薯早疫病两个致病种毒性特点和功能基因差异。【方法】以云南省大理州鹤庆县马铃薯主产区采集、分离和纯化的Alternaria solani(TA-0410)和Alternaria alternata(TB-1129)两株菌为材料,进行孢子形态观察、毒性测定、全基因组测序和比较分析研究。【结果】发现TA-0410为大孢子种,分生孢子褐色或黄色,孢子大小为[37.4-151.9(±28.1)]μm×[4.3-22.9(±4.1)]μm,喙长;TB-1129为小孢子种,分生孢子灰褐色,大小为[18.6-42.6(±9.3)]μm×[6.1-15.3(±2.3)]μm,喙短。毒性测定表明TA-0410为唯一致病种,TB-1129不能直接侵染引起马铃薯早疫病,但A. alternata在有伤接种条件下能产生并扩大病斑。两株菌测序分析发现TA-0410基因组大小为32.26 Mb,contig N50为1 158 607 bp,含177个特有基因,TB-1129基因组大...     

马铃薯泛素结合酶基因StUBC17的克隆与功能分析

泛素结合酶(Ubiquitin-conjugating Enzyme E2,UBC)与植物生长发育和抗病反应密切相关。为了解泛素结合酶基因对植物抗晚疫病的贡献,从马铃薯栽培种"合作88"中克隆出一个E2泛素结合酶基因,命名为StUBC17,并对其受晚疫病菌诱导表达特性及功能进行分析。利用病毒诱导的基因沉默(Virus-induced gene silencing,VIGS)技术降低本氏烟(Nicotiana benthamiana)中StUBC17同源基因(NbUBC)的转录水平,再接种晚疫病菌进行抗病性鉴定。进一步在基因沉默植株上瞬时表达马铃薯抗病基因和其相应的无毒基因(R3a+AVR3a、R3b+AVR3b和Rx+CP)及INF1。StUBC17编码区全长447 bp,编码148个氨基酸,其蛋白分子量为16.52 kD,理论等电点为7.72。表达分析结果表明,StUBC17受晚疫病菌诱导表达。抗病鉴定结果显示,与对照植株相比,NbUBC沉默植株的抗病性显著降低。沉默NbUBC不影响过敏反应(Hypersensitive responses,HR)的发生。StUBC17是植物防御晚疫病所需,但该基因的沉默并不影响R3a、R3b、Rx及INF1介导的HR反应。     

致病疫霉PiSAK1的生物学功能分析

【背景】致病疫霉是引起世界范围内马铃薯晚疫病的重要病原菌。Stress-activated protein kinases (SAPKs)是一类胁迫激活的mitogen-activated protein kinases (MAPKs)，研究表明真菌SAPKs在调控细胞应答外界胁迫等方面有重要作用。致病疫霉中存在一个SAPK，即PiSAK1，其生物学功能并不明确。【目的】探究PiSAK1在致病疫霉生长发育、抵抗外界胁迫及侵染马铃薯过程中发挥的生物学功能。【方法】利用生物信息学手段分析PiSAK1的特性，通过RT-qPCR分析明确致病疫霉PiSAK1在不同发育阶段及侵染马铃薯不同时期的表达量，最后构建PiSAK1沉默、过表达菌株并测定其各项生物学表型。【结果】PiSAK1具有丝裂原活化蛋白激酶典型的Ser/Thr蛋白激酶催化结构域，并且与其他卵菌的SAPKs同属一个进化分支。致病疫霉PiSAK1分别在休止孢阶段、侵染马铃薯48 h时表达量最高，且0.3 mol/L NaCl及3 mmol/L H2O2胁迫刺激0.5 h后PiSAK1的表达量均显著升高。构建PiSAK1沉默、过表达菌株并测...