条形柄锈菌小麦转化型夏孢子表面微观结构观测方法的建立

小麦条锈菌夏孢子表面微观结构的研究,对于夏孢子的萌发生长以及对条锈菌致病性的研究都具有很重要的意义。本研究以小麦条锈菌32号生理小种（CYR32）为材料,创新的采用硅片为基质,建立了利用原子力显微镜检测夏孢子样品表面的观测方法。结果表明,该方法优于其他基质材料,可以获得较为理想的扫描效果。为进一步研究小麦条锈菌夏孢子以及相近大小的病原体孢子表面特征提供了技术支撑。     

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。     

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。     

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。     

紫外线诱导小麦条锈菌毒性突变及突变体的RAPD分析

以夏孢子相对致死率90%左右作为紫外线处理最适时间,发现8min为小麦条锈菌条中29号单孢菌系(CY29-3)最适处理时间,其夏孢子相对致死率达88.97%。CY29-3的夏孢子经紫外线处理、扩繁、筛选品种筛选及4代的稳定选择后,获得了两个毒性变异的突变菌株。毒性突变产生的Jubi菌株对尤皮Ⅱ号的毒性增强,反应型由野生菌系的0型变为4型;非毒性突变产生的Funo菌株在阿夫上的反应型由野生菌系的4型变为2型。研究结果表明两突变菌株在鉴别寄主上的反应型和毒性范围也明显不同于野生菌系,说明紫外线诱导的小麦条锈菌变异是不定向和复杂的。对野生菌系和两个突变菌株进行RAPD分析后发现,两突变菌株与野生菌系之间的DNA多态性存在显著差异,多态率分别为10.58%和11.57%,说明紫外线可使小麦条锈菌基因组DNA发生较大的变化且突变位点比较复杂。     

条形柄锈菌(小麦条锈病菌)侵染结构体外形成的观察

通过荧光显微镜和扫描电镜分别对条形柄锈菌夏孢子在寄主植物-小麦叶表和非寄主植物-水稻叶表以及小麦穗部和茎秆上的萌发过程进行了观察。结果发现,夏孢子在小麦叶片体表萌发产生芽管后,可依次分化形成气孔下囊、初生菌丝与吸器母细胞;在小麦颖片、稃片及茎秆部位表面,同样可观察到病菌在体外分化形成吸器母细胞;并且在水稻叶片上也观察到病菌侵染结构存在体外分化现象。经荧光染色发现,条形柄锈菌在体外与在小麦组织中形成的侵染结构没有明显的差别。观察结果可为条形柄锈菌侵染结构的离体诱导与调控机理研究提供依据。     

关于高校试用教材植物学下册中禾柄锈菌生活史插图的商榷意见

小麦杆锈病菌(Puccinia graminis Pers)是真菌门,担子菌纲,并隔担子菌亚纲,锈菌目的主要代表植物。锈菌有二种寄主,第一寄主为小麦、大麦、燕麦及其他禾本科植物,第二寄主为小檗或十大功劳。锈菌的生活史中出现5种孢子,即性孢子、锈孢子、夏孢子、冬孢子、担孢子。性孢子、锈孢子寄生在双子叶植物小檗或十大功劳叶上。锈孢子被风吹到小麦、大麦等禾本科植物的叶片,叶鞘或杆上,便萌发芽管从气孔侵入,在组     

小麦条锈菌PsCdc2基因的克隆及在条锈菌侵染小麦后的转录表达分析

【目的】克隆小麦条锈菌细胞分裂基因PsCdc2,分析该基因在条锈菌接种小麦后不同时间点的表达特征。【方法】利用PCR和RT-PCR技术克隆PsCdc2的cDNA序列和基因组序列,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,对该蛋白进行系统发育分析,构建进化树;运用实时荧光定量RT-PCR技术,以PsCdc2在夏孢子时期的表达情况为对照,分析该基因在亲和及非亲和互作中不同时间点的表达特征。【结果】PsCdc2基因组序列长2279 bp,由11个外显子和10个内含子构成,开放阅读框为885 bp,编码294个氨基酸,分子量为33.14 kDa,等电点为6.26。编码蛋白含两个保守的激酶特征位点,一个跨膜螺旋区域。PsCdc2基因编码蛋白与小麦秆锈菌、新型隐球菌、玉米瘤黑粉菌等多种真菌的Cdc2高度相似,其中与小麦秆锈菌的Cdc2亲缘关系最近,序列相似性达73.1%。实时荧光定量RT-PCR结果表明,在亲和组合中,该基因在条锈菌接种小麦的前期上调表达,其中接种后12 h时表达量最高,约为夏孢子中表达量的1.62倍,接种后24-268 h,基因表达基本呈下调趋势,其中96 h基因表达量最低,仅为夏孢子时期的0.07倍。在非亲和组合中,该基因表达基本呈下调趋势,在接种后各个时间点的表达量均低于在夏孢子中的表达量,其中接种后12 h时表达量最高,但仅为夏孢子中表达量的0.34倍;接种后96 h表达量最低,为夏孢子中表达量的0.02倍。【结论】PsCdc2可能通过调控条锈菌的细胞周期循环参与了侵染前期初生菌丝生长和吸器母细胞的形成,与条锈菌的致病性相关。本文首次报道了小麦条锈菌的Cdc2基因,为进一步揭示条锈菌细胞周期调控的本质及研究开发靶向Cdc2的新型农药,以及实现对小麦条锈病的新型药剂防治提供了理论基础。     

小麦条锈菌分子生态学研究进展

小麦条锈病是危害最严重的小麦流行性病害之一,小麦条锈菌的生态学研究对制定合理的防治策略和抗锈育种具有重要意义.近十几年来,DNA分子标记技术被应用于小麦条锈菌的群体遗传学研究,推动了小麦条锈菌分子生态学研究的快速发展,为揭示小麦条锈菌的群体生态特性开辟了一个新的途径.本文系统介绍小麦条锈菌分子生态学研究的主要进展,并就我国当前研究的局限性和发展趋势进行了分析.     

小麦条锈菌分子生态学研究进展

小麦条锈病是危害最严重的小麦流行性病害之一,小麦条锈菌的生态学研究对制定合理的防治策略和抗锈育种具有重要意义.近十几年来,DNA分子标记技术被应用于小麦条锈菌的群体遗传学研究,推动了小麦条锈菌分子生态学研究的快速发展,为揭示小麦条锈菌的群体生态特性开辟了一个新的途径.本文系统介绍小麦条锈菌分子生态学研究的主要进展,并就我国当前研究的局限性和发展趋势进行了分析.     

小麦条锈菌条中31号生理小种SCAR检测标记的建立

建立小麦条锈菌Pucciniastriiformisf.sp.tritici生理小种的快速分子检测技术对我国小麦条锈病的监测和防治策略的制定具有重要价值,本文首次报道了利用SCAR—PCR技术进行条锈菌生理小种分子检测的方法。通过对我国目前主要优势小种条中31号RAPD片段的规模筛选,在对特异片段回收、克隆、测序的基础上,设计特异PCR引物,成功获得了条中31号生理小种专化的SCAR检测标记。     

四川省小麦条锈菌群体遗传多样性的SSR分析

利用TP-M13-SSR自动荧光检测技术,对四川省小麦条锈菌群体遗传多样性水平进行了分析。研究结果表明,四川省小麦条锈菌群体遗传多样性比较丰富,地区之间存在明显的差异,川西北和四川盆地的种群遗传多样性相对较高,而四川西南部和四川东南部的种群遗传多样性较低。四川小麦条锈菌群体存在一定的遗传分化,地区间的遗传变异仅占14.92%,群体间的遗传变异占总变异的23.06%,群体内遗传变异占60.02%,遗传变异主要存在于群体内部。基因流和共享基因型从分子水平证实了四川小麦条锈菌在地区间的传播,且川西北和四川盆地之间的菌源交流最为广泛。     

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。     

陇南地区不同海拔区域内小麦条锈菌群体遗传多样性的分析

小麦条锈病是世界范围内小麦上最重要的流行性病害之一,可造成严重的产量损失。陇南地区是我国小麦条锈菌主要越夏易变区和新小种发源地,了解该地区不同海拔高度区域内条锈菌遗传多样性有重要意义。本研究采用TP-M13-SSR荧光标记技术对11个种群330个小麦条锈菌分离株基因组DNA进行了SSR标记分析。不同海拔区域的条锈菌遗传多样性有明显的差异,高山区的遗传多样性比较丰富,半山区次之,川道区相对比较低。不同生态区域内,小麦条锈菌群体遗传分化程度不同,高山区和半山区遗传分化程度大,基因流小,川道区群体遗传分化程度比较小,基因流大。来自不同海拔区域的菌系具有相同的基因型,这一结果从分子水平证明了在陇南地区小麦条锈菌在山区与川地之间存在广泛的菌源交流,可就地完成周年循环。     

Cloning and characterization of the actin gene from Puccinia striiformis f. sp. tritici

The fungus Puccinia striiformis f. sp. tritici, the causal agent of wheat stripe rust, is an obligate biotrophic basidiomycete. Urediniospores are the most common spore type involved in the epidemiology of this disease. Tip growth of germ tubes of germinated urediniospores is a key step during infection of wheat, but few studies have investigated it so far. Recent research has found that actin is closely associated with hyphal tip growth. In this study, we have cloned and obtained the full-length actin cDNA from P. striiformis f. sp. tritici and characterized its expression. Furthermore, actin filament (F-actin) patterns were visualized microscopically during germ tube formation. The most conspicuous actin-containing structures were actin patches. They were mainly concentrated near the hyphal tip and scattered throughout the cortex. By using cytochalasin B, we observed that depolymerization of F-actin greatly reduced the germination rate of urediniospores and disrupted the transport of vesicles to the germ tube tip, indicating that F-actin played a key role in the tip growth of P. striiformis f. sp. tritici. This work helps us to understand the tip growth mechanism of P. striiformis f. sp. tritici, and may provide a theoretical framework for designing novel pesticides.     

小麦抗条锈病近等基因系感染条锈病后丁布含量变化

选用2套遗传背景不同的抗条锈病近等基因系作为供试寄主材料,研究了不同抗条锈病近等基因系丁布的含量及其在感病过程中丁布含量的动态变化.结果表明,在未受病菌侵染情况下,2套分别含有Yr2、Yr9和YrSpP基因的近等基因系（抗病系）与其轮回亲本Taichung 29、铭贤169(感病系)间丁布含量没有显著差异（P＞0.05）.接种条锈病菌后,感病系在病菌侵染初期丁布含量下降,而抗病系在病菌侵染初期丁布含量迅速大幅度上升.感染条锈病最终导致感病植株丁布含量比未接种的植株明显减少, 感病系的减少幅度明显高于抗病系.在整个病程中,抗病系丁布的含量始终高于感病系,表明接种条件下小麦植株体内丁布含量变化与小麦抗条锈近等基因系的抗性有关.