小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk的功能

【目的】克隆小麦条锈菌钙调素依赖蛋白激酶基因Pscamk,并分析其在条锈菌侵染小麦过程中的表达特征及初步功能。【方法】基于本实验室已测序的小麦条锈菌基因组序列,利用RT-PCR方法,从小麦条锈菌生理小种CYR32中克隆Pscamk基因的cDNA序列,并利用网络数据库和生物信息学工具预测该基因编码蛋白的基本特征和保守结构;运用qRT-PCR技术分析Pscamk在不同发育及侵染阶段的表达水平,进一步通过钙调素依赖蛋白激酶(CaMK)的免疫抑制剂KN-93处理小麦条锈菌夏孢子,观察其萌发状况。【结果】获得1个1620 bp的小麦条锈菌CaMK基因Pscamk;序列分析发现,Pscamk编码蛋白包含CaMK蛋白的保守结构域,并与小麦杆锈菌该类蛋白序列相似性最高。qRT-PCR分析表明,Pscamk在条锈菌侵染初期过程中的芽管发育、初生菌丝侵染及吸器形成时期呈显著上调表达,且在条锈菌接种6 h时表达量最高,为对照夏孢子的20.74倍。在专一性免疫抑制剂KN-93处理后,随着KN-93施加浓度的增加,条锈菌夏孢子萌发率逐渐降低,当浓度为1.4μmol/L时夏孢子萌发率为8.02%,仅为对照的12%。【讨论】推测Pscamk基因参与了小麦条锈菌夏孢子萌发、芽管发育以及初期侵染结构的形成。本研究为进一步探索条锈菌细胞钙信号传导机理和致病机制奠定了基础。     

小麦条锈菌II类几丁质合成酶基因PstChsII的克隆及表达特征

摘要:【目的】克隆小麦条锈菌几丁质合成酶基因PstChsII,分析其在小麦条锈菌不同发育时期的表达水平。【方法】利用RT-PCR和PCR技术克隆PstChsII的cDNA序列和基因组序列,利用不同的生物信息学软件对序列进行分析,运用实时荧光定量技术分析基因在孢子、芽管以及不同侵染时间的表达水平。【结果】PstChsII基因（Genbank登录号GQ329851）编码区存在15个内含子,开放阅读框长2727 bp,编码908个氨基酸。PstChsII蛋白C端含有7个跨膜螺旋区,N端含多个保守结构域和“QXR     

小麦叶锈菌休眠与萌发夏孢子的差异表达

【目的】小麦叶锈菌引起的小麦叶锈病是小麦的重要病害之一,孢子萌发和侵入气孔是保证叶锈菌正常侵染寄主的重要前提。本研究旨在研究小麦叶锈菌夏孢子萌发的差异表达特性,为揭示萌发的机制及其与致病的关系提供依据。【方法】利用小麦叶锈菌致病类型THTT的休眠夏孢子和萌发夏孢子进行RNA-seq分析。【结果】在萌发夏孢子中筛选出相比休眠夏孢子上调表达的基因为4400个,下调基因5325个。GO富集分析发现,上调差异基因主要涉及细胞进程、有机物代谢、信号传导、单个有机体过程、催化酶活性等;下调基因主要涉及单组织过程、单个有机体细胞过程、有机物代谢过程、催化活性调节等过程。利用KEGG分析发现,差异基因共参与109条通路,从中筛选出两条与孢子萌发相关的通路——丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路和囊泡运输中的SNARE蛋白交流。10个基因的定量分析结果与基因数字表达谱分析结果一致。【结论】研究获得了叶锈菌孢子萌发及侵入气孔过程中的重要差异基因,研究结果为研究叶锈菌致病机制奠定基础。     

中国小麦条锈菌转主寄主小檗的鉴定

用萌发的小麦条锈菌冬孢子接种采自陕西省境内的陕西小檗、少齿小檗和长穗小檗,3种小檗均产生了性孢子器和锈孢子器。用人工接种小麦条锈菌冬孢子在陕西小檗上产生的锈孢子器接种小麦铭贤169产生了典型的条锈菌夏孢子堆症状。特异性PCR和DNA序列分析表明,人工接种产生于小檗上的锈孢子、接种锈孢子于小麦上产生的夏孢子堆与小麦条锈菌DNA的ITS区序列完全一致。更为重要的是,用采自田间受锈菌侵染的小檗叶片产生的锈孢子接种小麦铭贤169,经培养在小麦铭贤169叶片上产生了典型的条锈病症状。从而证实,在自然条件下,在中国,小檗不仅可作为小麦条锈菌的转主寄主,而且小麦条锈菌可在小檗上完成其有性繁殖过程。这一发现对进一步揭示我国小麦条锈菌高度的群体遗传多样性与毒性变异机理、完善小麦条锈病的防治策略具有十分重要的理论和实际意义。     

小麦条锈菌CY32夏孢子萌发研究

研究夏孢子萌发过程的分子机制对于从分子水平上理解条锈菌的侵染过程及其与寄主互作的关系具有重要的理论意义。本研究以小麦条锈菌Pucciniastriiformisf.sptritici32号生理小种(CY32)为材料,研究了用水培方法萌发夏孢子的适宜条件。结果显示,CY32夏孢子萌发的最适温度为9℃,最适宜的孢子量是6mg/200mL水,适宜的溶液是无菌蒸馏水。水化能促进夏孢子的萌发,新鲜夏孢子和干燥容器中放置2d的夏孢子经水化15h后,萌发率显著提高。此方法获得的萌发夏孢子提取的RNA可以满足cDNA文库构建和基因表达分析等分子生物学研究的要求,并为小麦条锈菌的分子生物学研究奠定了物质基础。     

小麦条锈菌PsNCS1基因的克隆及转录表达特征

摘要：【目的】克隆小麦条锈菌神经钙离子感应蛋白基因PsNCS1,分析其在病菌不同发育时期的表达水平。【方法】利用文库筛选和RT-PCR技术克隆PsNCS1的cDNA序列,采用生物信息学技术预测分析该基因编码蛋白的保守结构域及基本特性,构建系统发育树;运用实时荧光定量RT-PCR技术分析PsNCS1在病菌不同生长发育时期的表达水平。【结果】PsNCS1全长cDNA为1007 bp（GenBank登录号GU134621）,开放阅读框为573 bp,编码190个氨基酸,分子量为22.17 kDa, 等电点为4.     

叶锈菌侵染的小麦叶片转录组数据分析

选取小麦近等基因系Tc Lr26与其轮回亲本Thatcher(Tc),与叶锈菌生理小种260分别组成不亲和及亲和组合,通过Illumina/Solexa平台的HiSeq~(TM) 2000高通量测序技术对接种叶锈菌后的小麦转录组进行测序,利用Trinity软件将数据组装形成转录本,对所有转录本进行COG、GO和KEGG分类和功能注释、Pathway注释以及蛋白编码区的预测。结果表明,转录组测序片段经de novo拼接共得到87291条平均长度866 bp的Unigenes;通过功能聚类,分别获得25个COG分类、55个GO功能亚类和128条KEGG通路;差异表达基因分析显示,相对于亲和组合,不亲和组合在接种叶锈菌后8 h上调Unigenes4037条,下调Unigenes 1949条;接种后24 h,上调Unigenes 2122条,下调Unigenes 3248条。其中植物与病原物互作过程中的钙信号通路,活性氧爆发及SA信号通路相关基因在不同时间有差异表达,在接种后8 h所表达的差异基因可能与基础防卫反应诱发密切相关,而在接种后24 h的差异表达基因可能与Lr26介导的过敏性防卫反应表达有紧密联系。这为深入分析和发掘小麦抗叶锈病相关基因及系统研究小麦抗锈病分子机制奠定了坚实基础。     

基因枪法转化基因在小麦条锈菌中的瞬时表达

以小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)野生毒性菌株为转化受体,以含有gus报告基因的质粒(pGUS6L20)和潮霉素抗性基因的质粒(pKLHyg14)为载体,应用基因枪法研究了小麦条锈菌夏孢子遗传转化的瞬时表达特征。结果表明,在金粉直径为0.6μm、射程6cm、载体DNA5μL、可裂膜压力为900Psi或1100Psi时,gus基因和潮霉素抗性基因的瞬时表达率相对较高。     

'陕麦139'受条锈菌抑制表达相关基因的分析

以‘条中32’接种前后的小麦抗条锈病种质‘陕麦139’幼苗叶片为材料,利用抑制消减杂交技术,构建了条锈菌接种48 h小麦抗病品种叶片的抑制表达SSH-cDNA文库,通过测序以了解条锈菌侵染后被抑制表达的相关基因。从构建的文库中随机选取48个阳性克隆,进行测序,经过序列拼接等,获得高质量EST序列34条(Gen-Bank序列号为EL930132-EL930165),序列比对分析表明其中31条EST序列与已知功能的基因序列同源性较高,主要涉及植物的能量代谢途径、膜转运、信号传导及核酸加工等方面的基因,包括光合系统Ⅱ抗性蛋白D1、碳酸酵素、线粒体磷酸盐转运子、苹果酸脱氢酶、过敏性诱导反应蛋白和rRNA核酸内切酶等相关基因。此外,获得未知功能的EST序列3条。研究表明,小麦在条锈病菌侵染初期,许多基因的正常表达调控受到影响,如能量代谢和寄主细胞结构木质化,阻止小麦抗病过敏性反应等。     

小麦TaLSDl锌指蛋白基因的电子克隆及序列分析

采用电子克隆与RT-PCR相结合的技术,在条锈菌（Pucciniastriiformis f．sp．tritici）侵染的小麦中克隆了一个LSDl型锌指蛋白基因,命名为TaLSDl（GenBank登录号为EF553327）。序列分析表明,该基因全长1024bp,编码生成1个包含3个保守LSDl型锌指结构（CxxCxRxxLMYxxGASxVxCxxC）且长度为146个氨基酸的多肽。进化树分析表明,TaLSDl与水稻（Oryzasativa）、拟南芥（Arabidopsisthaliana）和芜菁（Brassicarapa）中部分含有3个保守LSDl型锌指结构的同源基因亲缘关系较近,而与其它包含不同数目的LSDl型锌指结构基因亲缘关系较远。推测TaLSDl在进化中丢失了部分序列,进而执行新的功能。半定量RT-PCR结果显示,该基因在亲和以及非亲和组合中的表达模式很相似,均表现在前期基因表达被抑制而后期恢复正常。初步推测TaLSDl在转录水平上的表达受光诱导,同时,作为一个细胞程序性死亡的负调控因子在小麦与条锈菌互作过程中起作用。     

条形柄锈菌小麦专化型脂肪酶基因PsLIP1的酶学性质分析

脂肪作为条形柄锈菌小麦专化型夏孢子萌发及侵染初期的主要营养物质,酶解产物通过乙醛酸循环转化为糖类成分供病菌生长发育所需。脂肪酶是脂肪代谢的关键酶。基于已测序的基因组序列,利用RT-PCR方法克隆了该病菌脂肪酶基因PsLIP1序列（1 302bp）,编码433个氨基酸的蛋白。在毕赤酵母细胞（GS115）中成功表达PsLIP1后,酶学活性分析显示其最适pH为8.0,最适温度为60℃,此外,发现Zn²⁺、Cu²⁺和Ca²⁺对脂肪酶PsLIP1活力有一定激活作用,Fe²⁺、Mn²⁺则对酶活力有抑制作用。研究结果为进一步解析脂肪酶作用机理奠定基础,同时也为从能量代谢角度制定小麦条锈病防控策略提供理论依据。     

小麦叶绿体信号识别颗粒54基因的克隆与分析

根据LWSRC336(GenBank登录号为EV254029)的cDNA序列设计引物,从受条锈菌(Puccinia striifor-misf.sp.tritici)诱导的小麦幼叶中提取总RNA,采用RACE与RT-PCR相结合的技术对该基因克隆.测序结果表明,扩增片段长度为1 725 bp,其中包含一个编码481个氨基酸的开放阅读框,与水稻的叶绿体信号识别颗粒54蛋白高度同源.实时荧光定量PCR分析结果显示,该基因在受条锈菌诱导下,在亲和组合中表达趋势明显下调,而在非亲合组合中的表达在24 h之前呈下降趋势,到24 h最低,在72 h又恢复到正常水平,随后又下降.推测条锈菌侵染小麦后,影响了叶绿体蛋白的运输,进而影响了小麦的光合作用.     

Detection of Puccinia striiformis in Latently Infected Wheat Leaves by Nested Polymerase Chain Reaction

Stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici ( Pst ), is one of the most devastating wheat diseases worldwide, especially in temperate regions with cool moist weather conditions. The identification of the pathogen in infected plants based on morphological or physiological criteria before sporulation is labour-intensive and time-consuming. To accelerate and simplify the process of detection, a nested Polymerase Chain Reaction (PCR) assay was developed for specific and sensitive detection of Pst . Specific primers Psta-Psts were designed according to a genome-specific sequence of Pst . In nested PCR, with a 10-fold dilution series of template DNA, the detection limit was 2 pg DNA in the first PCR with the primers Psta-Psts. The second round PCR was then performed using amplified products from the first PCR as the template and Nesta-Nests as the primers. An amplification signal was detectable even when only 2 fg of P. striiformis f. sp. tritici DNA was used as the template in nested PCR. With nested PCR, the sensitivity of detection was enhanced 1000 fold. Using extracts from stripe rust-infected wheat leaves, the fungus could be determined in the leaves before symptom appearance. The assay provides a rapid and sensitive method for detection of P. striiformis f. sp. tritici in latently infected leaves of overwintering wheat plants.     

小麦条锈菌胞质游离钙离子动态检测方法的建立

胞质游离钙离子变化与植物病原真菌侵染寄主的动态过程具有重要的关联性。本研究以侵染小麦叶片的条锈菌31号生理小种(CYR31)为材料,以孵育法将Ca2+荧光探针Fluo-3-AM载入到小麦条锈菌细胞中,并结合激光共聚焦扫描显微技术,建立了测定侵染过程中条锈菌胞质游离Ca2+分布的试验方法。结果表明,采用10μmol/L Fluo-3-AM装载顺次进行低温4℃孵育1h,25℃孵育1h,可获得较为理想的条锈菌胞质游离Ca2+染色结果。该方法可用于检测不同侵染阶段的小麦条锈菌细胞质游离钙离子的分布变化,为进一步研究锈菌胞内钙离子动态与侵染寄主的关联性提供了技术支撑。     

小麦条锈菌冬孢子发生的组织学和超微结构研究

采用冷冻切片技术、光学显微镜和电子显微镜技术,系统研究了小麦条锈菌冬孢子的个体发生过程和超微结构特征。结果表明,小麦条锈菌冬孢子由排列在冬孢子堆基部的双核产孢细胞产生。在发育初期,产孢细胞一端产生突起形成冬孢子芽,随后冬孢子芽经延伸并形成隔膜,依次分化形成冬孢子原基、柄细胞和冬孢子原体。冬孢子原体经有丝分裂后产生隔膜发育形成双核双细胞冬孢子。成熟的冬孢子表面光滑,具有明显加厚的细胞壁,双核融合,原生质密度增加,富含脂肪粒和糖原类物质。在部分冬孢子堆周围还可观察到莲花状包被结构。