食线虫真菌侵染性胞外酶和生防应用

食线虫真菌作为重要的植物寄生线虫的生物防治资源,深入了解它们的侵染方式、毒力因子是了解食线虫真菌侵染的分子机理和开发高效、稳定的生物杀线虫制剂的关键。目前的研究表明,食线虫真菌能分泌具有降解线虫体壁或线虫卵壳的胞外酶,它们在食线虫真菌侵染线虫的过程中起着非常重要的作用。对这些侵染性胞外水解酶的深入研究将促进人们对食线虫真菌的侵染过程和侵染机制的了解以及高效生防制剂的开发。综述了近年来食线虫真菌侵染性胞外酶的研究概况,对食线虫真菌胞外丝氨酸蛋白酶进行同源性分析,对以后食线虫真菌侵染性胞外酶的研究和高效生防制剂开发进行了评述。     

食线虫真菌资源研究概况

食线虫真菌是指寄生、捕捉、定殖和毒害线虫的一类真菌,这类真菌是自然界中线虫种群控制的重要因子,也是动植物病害生物防治的重要研究材料,具有特殊的研究意义和经济价值。目前全世界共报道700余种食线虫真菌,包括捕食线虫真菌380余种,线虫内寄生真菌120余种,产毒真菌270余种和大量机会真菌。针对丰富的食线虫真菌资源,近年来世界各国尤其是中国科学家对其进行了广泛研究,在捕食线虫真菌资源的分类、系统进化、生态分布、有性无性联系等方面的研究取得了重要进展,在线虫内寄生真菌侵染宿主的方式及产毒真菌的次生代谢产物挖掘等方面也进行了广泛研究,文章综述了以上研究进展并简述了食线虫真菌资源的生物防治应用概况。     

食线虫真菌基因组测序和分析研究进展

食线虫真菌作为线虫的天敌,是一种潜在的线虫病害的生防制剂。食线虫真菌通过形成特殊的捕食器官或产生粘性孢子和毒素等方式捕捉和侵染线虫。近年来,随着测序技术的进步和生物信息学的应用,越来越多真菌基因组已经被测定和报道。目前,已经有7种食线虫真菌的基因组被报道,包括捕食线虫真菌寡孢节丛孢(Arthrobotrys oligospora)、线虫卵寄生真菌厚垣普可尼亚菌(Pochonia chlamydosporia)和内寄生真菌明尼苏达被毛孢(Hirsutella minnesotensis)等。本文对食线虫真菌的基因组特点、毒力相关基因家族的扩张、捕食器官形成调控和进化机制进行了系统地总结,对组学时代食线虫真菌研究面临的关键问题进行了评述。     

食线虫菌物胞外蛋白酶基因工程研究进展

在病原线虫的生物防治中 ,利用食线虫菌物在侵染过程中分泌的胞外蛋白酶 (重要毒力因子 )固定线虫并降解线虫体壁显示出巨大的潜力。综述了近年来食线虫菌物胞外蛋白酶的研究概况、目前开展蛋白酶基因工程研究存在的问题及解决策略;对真菌胞外蛋白酶应用于线虫生防和生物医药领域中的前景也进行了评述。     

不同水分管理方式对稻田土壤生物学特性的影响

在下辽河平原单季稻地区研究了常规浅湿干灌溉 (CK)、浅湿干灌溉薄膜阻渗 (IC)、湿润灌溉薄膜阻渗 (MC)、淹水灌溉薄膜阻渗 (FC) 4种不同水分管理方式下土壤线虫及土壤微生物量的动态变化。结果表明 ,耙耕前 ,CK、FC处理食细菌线虫数量显著高于MC、IC处理 ;薄膜阻渗在黄熟期显著降低了土壤食细菌线虫的数量 ,在耙耕前显著降低了食真菌线虫数量。潮棕壤稻田食真菌线虫与食细菌线虫相比数量较低。在耙耕前不同水分管理方式下土壤微生物量C显著低于对照。不同水分管理方式在水稻分蘖期、抽穗期对食细菌线虫数量、食真菌线虫数量、微生物量C和微生物量N没有影响。土壤食细菌线虫、食真菌线虫数量与土壤微生物量C、N没有达到显著相关。     

食真菌线虫对热或铜胁迫下土壤生态功能稳定性的影响

在模拟胁迫条件下(施加 CuSO₄ 的持续胁迫或加热40 ℃的瞬时胁迫),以大麦叶粉短期分解过程代表土壤功能,采用室内培养试验研究了土壤食真菌线虫(Aphelenchus avenae)与微生物的相互作用对土壤生态功能稳定性(抗性和恢复力)的影响.结果表明：无论施加胁迫与否,食真菌线虫的活动都有促进土壤微生物活性的趋势,尤其是在施加铜胁迫后第8 天开始到培养期结束,接种食真菌线虫导致土壤基础呼吸显著增加(P<0.05),但加热胁迫后食真菌线虫对土壤基础呼吸的促进作用仅在第8天有显著差异(P<0.05),反映了食真菌线虫对土壤微生物活性的影响程度与胁迫类型有关.在两种胁迫条件下,接种食真菌线虫对土壤功能的抗性没有影响,但都能促进胁迫条件下土壤功能的恢复.培养后期,两种胁迫条件下接种食真菌线虫处理真菌生物量低于未接种线虫处理,表明胁迫条件下食真菌线虫对真菌的取食可能限制甚至抑制了真菌生长,导致真菌对细菌的竞争压力减少,从而使细菌获得更大的生长优势,间接促进了细菌的生长.     

绿木霉Gv29-8丝氨酸蛋白酶S8/S53超家族基因特性及功能

【背景】丝氨酸蛋白酶在木霉菌生物防治过程中发挥重要作用。【目的】研究绿木霉丝氨酸蛋白酶S8/S53超家族基因信息及其生物学功能,进而为该蛋白酶生防制剂的开发及基因改造提供理论支持。【方法】通过生物信息学分析方法,从绿木霉Gv29-8基因组中鉴定出23个丝氨酸蛋白酶基因,以少孢节丛孢菌ATCC 24927基因组中鉴定的4个丝氨酸蛋白酶基因作为对照,对这27个丝氨酸蛋白酶基因的特性、蛋白结构、进化地位、功能等进行预测分析。【结果】27个基因结构差异较大,编码的蛋白具有典型的丝氨酸蛋白酶催化三联体结构,属于S8/S53超家族,分为6个亚家族,同一亚家族的蛋白酶保守区长度相近,相似性较高,催化残基附近序列比较保守。系统进化分析显示,同一亚家族丝氨酸蛋白酶聚为一类。【结论】绿木霉和少孢节丛孢菌的部分丝氨酸蛋白酶基因在结构和蛋白性质上相似性强,亲缘关系较近,均属于S8_PCSK9_ProteinaseK_like亚家族,推测绿木霉与少孢节丛孢菌该亚家族的丝氨酸蛋白酶具有相似的功能,可抑制植物病原真菌和降解线虫体壁。     

甘南高寒草甸土壤线虫营养功能群的地统计学分析

土壤线虫是土壤生态系统的重要指示生物。研究高寒草甸土壤线虫营养功能群空间分布格局特征,有助于揭示土壤线虫分布对高寒草甸生态因子变化的响应。2019年7月中旬,采用网格法(1.0 m×0.5 m)研究5.0 m×4.0 m尺度土壤层(0～20 cm)土壤线虫营养功能群空间特征。采用改良湿漏斗法,共获得土壤线虫1 830条,隶属于49属,土壤线虫个体平均密度以50 g干土计量为63.2条,其中,绕线属(Plectus)和拟丽突属(Acrobeloides)为优势类群。土壤线虫以食细菌线虫、植物寄生线虫为主。土壤线虫营养功能群变异系数介于64.26%～107.69%(n=38)之间,存在较强的变异性。食真菌线虫与食细菌线虫(P <0.001)、食真菌线虫与植物寄生线虫(P <0.001)间空间分布均存在显著相关性。地统计分析显示,土壤线虫营养功能群的空间相关范围存在明显差异,有效变程介于0.50～27.07 m之间,其67.26%～99.79%的变异与空间自相关过程有关。食细菌土壤线虫分布格局呈较均匀的斑块镶嵌结构,斑块较小;非食细菌土壤线虫呈斑块连接或斑块镶嵌结构,斑块较大且斑...     

根际效应对大豆田土壤线虫群落组成及多样性的影响

根际作为重要的环境界面是植物与环境之间物质能量交换的场所,关于根际效应的研究已成为土壤生态学的新兴热点领域,然而有关大豆根际效应对土壤动物多样性影响的研究报道并不多见。在三江平原选择连续耕作15a的大豆田,对大豆根际区与非根际区土壤线虫群落结构组成进行了对比分析。结果表明:大豆根际区土壤线虫总数、辛普森多样性指数(Dom)显著高于非根际区,根际区的物种数(S)、物种丰富度指数(SR)显著低于非根际区。说明大豆根际效应增加土壤线虫的丰度,但降低了线虫群落结构的复杂性。大豆根际区植物寄生线虫(PP)、食真菌线虫(FF)和食细菌线虫(BF)数量显著高于非根际区,而PP类群的比例在根际区却显著低于非根际区。这一研究结果表明食微线虫(FF和BF)类群在大豆根际区的比例增加更显著。食真菌与食细菌线虫数量比值(F/B)指示大豆根际区细菌生物量相对高于真菌生物量。研究结果丰富了农田土壤线虫多样性的研究内容,并为我国东北大豆田线虫病害的防治及定制相应的农业管理措施提供参考。     

食微线虫对植物生长及土壤养分循环的影响

近二十多年来, 土壤动物的生态功能受到广泛重视。越来越多的证据表明, 土壤动物和微生物间的相互作用对土壤生态系统过程和植物生长起着重要的调节作用。本文综述了食细菌线虫和食真菌线虫对土壤微生物、土壤氮矿化和植物生长的影响。大量研究发现, 食细菌线虫和食真菌线虫都有助于土壤氮素等养分矿化, 从而促进植物生长。这种作用主要是线虫通过取食活动加速微生物周转, 并通过代谢分泌和释放微生物所固持的养分而实现的。但这种作用会因不同的线虫、微生物和植物的种类以及土壤基质的C/N营养状况而异, 此外还受线虫的营养类群及其与其他土壤动物之间复杂关系的影响。今后应该加强以下几方面的研究: (1)深入研究线虫、微生物和植物之间相互作用的机制; (2) 增加控制实验系统的复杂性, 研究线虫不同功能群之间及其与其他土壤动物之间的关系; (3)加强长期实验和观察, 在较长的时间尺度上了解线虫的生态功能; (4)加强对不同生态系统的研究, 在更大的空间尺度上综合了解土壤线虫的生态功能; (5)在全球气候变化的背景下了解土壤线虫的响应, 并预测土壤线虫对全球变化的反馈。     

Extracellular enzymes and the pathogenesis of nematophagous fungi

Nematophagous fungi are an important group of soil microorganisms that can suppress the populations of plant-parasitic nematodes. The pathogenic mechanisms of nematophagous fungi are diverse: They can be parasitical–mechanical through producing specialized capturing devices, or toxin-dependent. During infections, a variety of virulence factors may be involved against nematodes by nematophagous fungi. In this review, we present up-to-date information on the modes of infection by nematophagous fungi. The roles of extracellular hydrolytic enzymes and other virulence factors involved in infection against nematodes were summarized. The biochemical properties and peptide sequences of a special group of enzymes, the serine proteases, were compared, and their implications in infections were discussed. We also discussed the impact of emerging new techniques on our understanding of this unique group of fungi.     

刀孢轮枝菌胞外几丁质酶的基因克隆及系统发育分析

食线虫真菌是植物寄生线虫的重要天敌,它们所产生的胞外水解酶(蛋白酶、几丁质酶和胶原蛋白酶等)能够降解线虫体壁和卵壳中的蛋白质及几丁质等结构成分并在侵染过程中发挥着重要的作用。本文中,我们发现刀孢轮枝菌Lecanicillium psalliotae对南方根结线虫Meloidogyne incognita卵具有较强的侵染能力。为了进一步研究刀孢轮枝菌胞外几丁质酶的性质,我们通过简并引物设计和DNA walking方法从刀孢轮枝菌的基因组中成功地克隆得到一个内切几丁质酶基因Lpchi1,该几丁质酶编码基因含有3个内含子,编码423个氨基酸。同源性和系统发育分析表明,不同生防真菌来源的几丁质酶具有较高的同源性并根据分子量的大小形成三个不同的进化分枝。     

刀孢轮枝菌胞外几丁质酶的基因克隆及系统发育分析

Nematophagous fungi, one of the natural enemies of nematodes, have been employed in biological control. Extracellular enzymes secreted from nematophagous fungi, including protease, chitinase and collagenase serve as virulence factors of infection. In this study, we found Lecanicillium psalliotae can penetrate the eggs of the root-knot nematode Meloidogyne incognita and influence development of the eggs. A chitinase gene Lpchi1 was isolated from L. psalliotae using degenerate primers and DNA-walking technique. Comparison of the chitinase amino acid sequences from different pathogenic fungi revealed that the enzymes were highly similar. The phylogenetic analysis demonstrated that the chitinases derived from different fungi were clustered into three main clades corresponding to different molecular weight.     

Expression of serine proteases in egg-parasitic nematophagous fungi during barley root colonization

Nematophagous fungi Pochonia chlamydosporia and P. rubescens colonize endophytically barley roots. During nematode infection, serine proteases are secreted. We have investigated whether such proteases are also produced during root colonization. Polyclonal antibodies against serine protease P32 of P. rubescens cross-reacted with a related protease (VCP1) of P. chlamydosporia, but not with barley proteases. These antibodies also detected an unknown ca. 65-kDa protein, labeled hyphae and appressoria of P. chlamydosporia and strongly reduced proteolytic activity of extracts from fungus-colonized roots. Mass spectrometry (MS) of 32-kDa protein bands detected peptides homologous to VCP1 only in Pochonia-colonized roots. Peptides homologous to barley serine carboxypeptidases were found in 65 kDa bands of all roots. RT-PCR detected expression of VCP1 and a new P. chlamydosporia serine carboxypeptidase (SCP1) genes only in fungus-colonized roots. SCP1 shared limited sequence homology with VCP1 and P32. Expression in roots of proteases from nematophagous fungi could be greatly relevant for nematode biocontrol.