稻瘟病菌无毒基因研究进展

水稻与稻瘟病菌之间的特异互作符合基因对基因假说。本文将从稻瘟病菌与水稻抗病基因间的互作特点、稻瘟病菌的分子标记、已克隆的稻瘟病菌无毒基因三个方面对稻瘟病菌无毒基因研究进展作简要介绍     

水稻稻瘟病抗性基因的克隆、育种利用及稻瘟菌无毒基因研究进展

稻瘟病是世界上影响水稻(Oryza sativa)粮食生产的主要病害之一, 抗病基因的发掘与利用是抗病育种的基础和核心。随着寄主水稻和病原菌稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)基因组测序和基因注释的完成, 水稻和稻瘟病菌的互作体系成为研究植物与真菌互作的模式系统。该文对稻瘟病抗病基因的遗传、定位、克隆及育种利用进行概述, 并通过生物信息学分析方法, 探讨了水稻全基因组中NBS-LRR类抗病基因在水稻12条染色体上的分布情况, 同时对稻瘟病菌无毒基因的鉴定及无毒蛋白与抗病蛋白的互作进行初步分析。最后对稻瘟病抗病基因研究存在的问题进行分析并展望了未来的研究方向, 以期为水稻抗稻瘟病育种发展和抗病机制的深入理解提供参考。     

大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)无毒基因Avr1a、Avr1k及Avr3a的分子鉴定

【目的】为大豆疫霉菌(Phytophthora sojae)无毒基因Avr1a、Avr1k和Avr3a快速分子检测提供方法,也为P.sojae其它无毒基因的快速分子检测研究提供依据。【方法】依据GenBank中公布的P.sojae无毒基因Avr1a、Avr1k和Avr3a的序列设计引物,分别筛选出特异性引物,在PCR反应体系和扩增条件优化基础上,对已经接种鉴定过无毒基因Avr1a、Avr1k和Avr3a的86株P.sojae进行PCR检测,建立一套P.sojae无毒基因Avr1a、Avr1k和Avr3a的特异性检测体系。将分子鉴定和接种鉴定结果进行比对,将扩增出的真阳性条带和假阳性条带分别进行胶回收和克隆测序,测序结果分别与3个无毒基因的原序列比对,判定分子标记方法是否适于Avr1a、Avr1k和Avr3a的快速检测。【结果】筛选出的特异性引物均能从含有对应无毒基因的菌株中扩增出约550 bp的条带。Avr1a、Avr1k和Avr3a的分子鉴定及接种鉴定结果符合率依次为45.3%、84.9%和97.7%。3个无毒基因的真阳性条带序列与原序列一致性均达97%以上,Avr1a的假阳性条带与原序列一致性在80%左右,其余2个基因的都在30%以下。【结论】利用Avr1a、Avr1k和Avr3a基因序列分别设计引物建立的检测体系可以用于Avr3a的快速检测,不适于Avr1a的快速检测,是否适合Avr1k的快速检测尚不清楚。     

水稻抗稻瘟病基因Pi-d(t)1、Pi-b、Pi-ta2的聚合及分子标记选择

冈46B(G46B)是水稻生产应用中的一个农艺性状十分优良的保持系,其主要的缺陷是稻瘟病抗性较弱,通过对地谷,BL-1,Pi-4号等三个分别含抗病基因Pi-d(t)1、Pi-b、Pi-ta2的稻瘟病抗性材料与G46B聚合杂交,并利用抗病基因连锁的分子标记对杂交后代进行辅助选择,在聚合杂交的F2代及B1C1代群体中共获得了15株含Pid(t)1、Pi-b、Pi-ta2等三个抗稻瘟病基因的材料,其可能的基因型分别为:三基因杂合体Pi-d(t)1pi-d(t)1/Pi-bpi-b/Pi-ta2pi-ta2 4株,双基因杂合体10株,其中Pi-d(t)1Pi-d(t)1/Pi-bpi-b/Pi-ta2pi-ta26株,Pi-d(t)1pi-d(t)1/Pi-bpi-b/Pi-ta2Pi-ta23株,Pi-d(t)1pi-d(t)1/Pi-bPi-b/Pi-ta2pi-ta21株,双基因纯合体Pi-d(t)1Pi-d(t)1/Pi-bpi-b/Pi-ta2Pi-ta2仅1株,这一研究结果为进一步改良G46B的稻瘟病抗性奠定了基础,同时这一研究结果表明利用分子标记可快速、有效地实现多个抗病基因的聚合,大大提高水稻抗病育种的效率.     

水稻抗稻瘟病基因Pi-d（t）^1、Pi-b、Pi-tα^2的聚合及分子标记选择

冈46B(G46B)是水稻生产应用中的一个农艺性状十分优良的保持系,其主要的缺陷是稻瘟病抗性较弱,通过对地谷,BL-1,Pi-4号等三个分别含抗病基因Pi-d(t)^1、Pi-b、Pi-tα^2的稻瘟病抗性材料与G46B聚合杂交,并利用抗病基因连锁的分子标记对杂交后代进行辅助选择,在聚合杂交的F2代及B1C1代群体中共获得了15株含Pi-d(t)^1、Pi-b、Pi-tα^2等三个抗稻瘟病基因的材料,其可能的基因型分别为：三基因杂合体Pi-d(t)^1pi-d(t)^1,Pi-bpi-b／Pi-tα^2 pi-tα^2 4株,双基因杂合体10株,其中Pi-d(t)^1Pi-d(t)^1／Pi-bpi-b／Pi-tα^2pi-tα^2 6株,Pi-d(t)^1pi-d(t)^1／Pi-bpi-b／Pi-tα^2Pi-tα^2 3株,Pi-d(t)^1pi-d(t)^1,Pi-bPi-6,Pi-tα^2 pi-tα^2 1株,双基因纯合体Pi-d(t)^1Pi-d(t)^1/Pi-bpi-b/Pi-tα^2Pi-tα^2仅1株,这一研究结果为进一步改良G46B的稻瘟病抗性奠定了基础,同时这一研究结果表明利用分子标记可快速、有效地实现多个抗病基因的聚合,大大提高水稻抗病育种的效率。     

湖南桃江病圃稻瘟病菌的无毒基因及水稻抗瘟单基因联合抗性分析

【目的】鉴定湖南省桃江病圃稻瘟病菌无毒基因型,为合理搭配种植湖南省水稻抗瘟品种和抗病育种提供依据。【方法】在湖南桃江病圃采集水稻品种"丽江新团黑谷"(LTH)稻瘟菌病样,用单孢分离法分离稻瘟病菌单孢并纯化获得单孢菌株,用针刺离体法将菌株接种到以"LTH"为轮回亲本培育而成的24个含单抗瘟基因的水稻5叶期第5叶片上,对供试菌株进行无毒基因鉴定,并应用联合致病性系数和联合抗病性系数分析抗瘟基因组合间的互作。【结果】供试92个稻瘟病单孢菌株含有全部的24个无毒基因,对24个已知含单抗瘟基因的水稻材料表现出不同程度的毒力水平,含水稻抗瘟基因Pi-20对供试菌株抗菌频率最高,达54.35%;通过联合致病性系数和联合抗病性系数分析抗瘟基因组合间的互作,结果表明最佳搭配组合为Pi-20×Pi-k~s(RAC=0.28,PAC=0.23)。【结论】湖南省桃江病圃稻瘟病菌致病力较强,24个抗瘟基因多已感病化,含抗性基因Pi-20与Pi-k、Pi-k~s、Pi-3组合的水稻品种目前可在湖南省推广利用,但需研究引进新的抗瘟基因。     

稻瘟病菌单克隆抗体2B4的研究

从230个具有ELISA阳性反应的细胞株获得了11株具有高效价的单克隆抗体,其中2B4显示较强结合作用,并均能与分子孢子、芽管和附着胞表面结合。Western blotting分析表明,单抗2B4能与孢子芽管表面的1％SDS提取物中的15kDa的蛋白结合。免疫金定位发现该蛋白确是在病菌各个形态阶段广泛存在的分泌性蛋白。采用2B4从分生孢子cDNA表达文库中筛选获得6个阳性克隆。该克隆MP1表达的蛋白抗原与实际存在的15 kDa是相一致的。其基因克隆及功能分析正在研究之中。     

稻瘟菌无毒基因的分子检测及其指纹类型分析

针对稻瘟菌中Avr-Pita与AvrPiz-t两个无毒基因,设计特异性引物,利用PCR方法对吉林省103株稻瘟菌菌株进行分子检测,并结合AVR-Pib、AVR-C039、PWL2和ACE1 4个无毒基因在其中85个菌株中的分布情况,绘制出基于这6个无毒基因的指纹类型.结果表明,Avr-Pita基因和AvrPiz-t基因在吉林省稻瘟菌中的分布频率分别为86.41%和62.14%;建立的指纹类型显示,85株稻瘟菌分布于9种类型中,其中类型1为主要类型,其分布频率为40.00%:根据30个已知生理小种的菌株在指纹类型中的分布情况,初步发现类型7与吉林省优势生理小种ZE1可能存在对应关系,并应用于稻瘟菌优势生理小种的特异性分子检测;其他指纹类型与中国生理小种并无明显对应关系.明确了无毒基因Avr-Pita与AvrPiz-t在吉林省稻瘟菌中的分布情况,构建了无毒基因的指纹类型,为水稻抗瘟育种和稻瘟菌优势小种的分子监测提供理论依据.     

利用分子标记辅助选择改良珍汕97的稻瘟病抗性

利用回交育种中产生的回交群体，结合前人的研究结果构建了Pi1基因区域的局部分子标记连锁图，通过BC1F2家系的接种结果判断其基因型。将Pi1定位在RFLP标记RZ536与SSR标记RM144之间，图距分别为9．7cM、6．8cM，从而建立了一套完整的以PCR为基础的分子标记辅助选择体系。通过分子标记和抗性验证两种选择方式相结合，经过三代回交将Pi1区段快速导入受体亲本珍汕97B中。在BC3F1中利用15条ISSR引物扩增的167条随机分布在基因组中的多态性带筛选背景，得到4个背景较好的单株。经过纯合筛选及抗性验证后共得到17个带有抗性基因Pi1的改良珍汕97株系。试验表明微卫星标记在正向选择、负向选择及背景选择中都起到极大的作用。     

水稻抗稻瘟病基因Pi-2(t)物理图谱的构建

应用ＢＡＣ文库,采用基于分子标记的染色体着陆（ｍａｒｋｅｒ－ｂａｓｅｄ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ ｌａｎｄｉｎｇ）和染色体步查（ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ ｗａｌｋｉｎｇ）等手段,建立了包含有裟抗稻瘟病基因Ｐｉ－２（ｔ）的物理图谱,该物理图谱由２２个ＢＡＣ克隆组成,遗传跨度８ｃＭ,而物理距离为９２５ｋｂ,该物理图谱的构建不仅为进一步分离和克隆该基因打下了基础,同时也可为分子标记辅助选择育种选择抗稻瘟病新材料     

稻瘟菌无毒基因研究进展

无毒基因编码的产物激发病原物与植物特异性相互作用。水稻与稻瘟菌之间的特异互作符合“基因对基因”关系。从研究稻瘟菌无毒基因的意义、已鉴定和克隆的稻瘟菌无毒基因、稻瘟菌无毒基因与其抗病基因的互作特点等几个方面,对稻瘟菌无毒基因研究进展作了简要评述 。     

Inheritance of dsRNAs in the rice blast fungus, Magnaporthe grisea

The 1.6 and 1.8 kbp dsRNAs have been found in the rice blast fungus, Magnaporthe grisea strain MG01. These dsRNA molecules are located in cytoplasm of the fungal cells and maintained stably during vegetative growth. Three crosses between dsRNA free and dsRNA containing strains including a parental cross, sib-mating and back cross were made to follow the inheritance of dsRNAs during sexual reproduction. Approximately 10% of ascospore progenies (11 out of 105) contained dsRNAs from all three crosses. These data indicate that dsRNAs of M. grisea are inherited at a low frequency and not in a Mendelian fashion.     

稻瘟病分子生物学研究进展

稻瘟病分子生物学发展迅速,已分子标记定位的稻瘟病主效抗性基因１５个,微效抗性基因３个;水稻抗稻瘟病基因Ｐｉ－ｔａ和Ｐｉ－ｂ已成功克隆。稻瘟病菌系谱与致病型关系可分为简单与复杂两种类型。本文对水稻抗稻瘟病基因的定位和克隆,稻瘟病菌群体遗传结构,致病性遗传、基因组分析、无毒基因克隆、准性生殖等研究进展进行了评述。     

稻瘟菌无毒基因研究进展

稻瘟菌是引起水稻稻瘟病的病原物。水稻与稻瘟菌间存在广泛而特异的相互作用,是研究寄主与病原物互作的重要模式系统。本文对稻瘟菌与水稻互作最重要的激发子―无毒基因的研究现状进行了概括,讨论了无毒基因的定位、克隆方法以及已克隆无毒基因的功能及进化研究,同时对今后无毒基因研究的重要方向进行了探讨,为深入理解无毒基因的功能及与水稻可能的互作关系奠定了基础。     

Genetic Mapping of Magnaporthe grisea Avirulence Gene Corresponding to Leaf and Panicle Blast Resistant QTLs in Jao Hom Nin Rice Cultivar

The avirulence characteristic of Magnaporthe grisea isolate TH16 corresponding to Jao Hom Nin (JHN) rice cultivar was studied by mapping population of 140 random ascospore progenies derived from the cross between B1-2 and TH16 isolates. Segregation analyses of the avirulence characteristic performing on JHN rice at the seedling and flowering stages were performed in this mapping population. We used the reference map of Guy11/2539 to choose microsatellite DNA markers for mapping the avirulence gene. The genetic map of this population was constructed from 39-microsatellite markers. The genetic map was spanned by covering seven chromosomes with an average distance of 11.9 cM per marker. In mapping population the distribution of pathogenic and non-pathogenic progenies on JHN rice were found to be fitted to 1 : 1 ratio for two of the rice stages, seedling and flowering stages. The Quantitative Trait Loci (QTL) analysis for avirulence genes corresponding to two rice stages were located at the same region on chromosome 2 between markers Pyms305 and Pyms435. The LOD score and percentage of phenotypic variance explained (PVE) on two rice stages were 5.01/16.69 and 6.73/20.26, respectively. These loci were designated as Avr-JHN(lb) and Avr-JHN(pb) corresponding to leaf and panicle blast characteristics. The findings of this study can be the initial step for positional cloning and identifying any function of avirulence genes corresponding to leaf and panicle blast characteristics.     

Transformation of the rice blast fungus Magnaporthe grisea to benomyl resistance

A transformation method based on a dominant selectable marker (benomyl resistance) was developed for the rice blast fungus Magnaporthe grisea. The heterologous gene for -tubulin from Neurospora crassa (pBT3) was used to obtain benomyl-resistant M. grisea transformants at a frequency of 20 to 30/g of DNA. Control transformations carried out with a plasmid conferring hygromycin resistance or a derivative of pBT3 containing a repetitive DNA sequence, yielded the same frequency of transformation as that of pBT3. Molecular analysis of the transformants indicated multiple integration of the vector DNA.     

稻瘟菌Ⅰ型烯醇化酶基因全长cDNA的电子克隆

利用电子克隆技术从稻瘟菌中克隆到一个新的Ⅰ型烯醇化酶全长cDNA,暂命为MgEno-1。MgEno-1全长1571核薯酸,其预测的ORF为1317核苷酸,共编码438个氨基酸。起始密码子ATG位于第53位,终止密码子TAA位于第1369位。序列分析表明该烯醇化酶与丝状真菌中已报道的其它烯醇化酶高度同源,且长度一致,这暗示烯醇化酶基因进化上高度保守,甚至有可能像18SrRNA一样可作为进化尺度。这将是第一个用电子克隆技术从稻瘟菌中克隆到的基因。     

稻瘟菌MgORP1基因敲除突变株的构建及其表型分析

[目的]了解稻瘟病菌中氧固醇结合蛋白(oxysterol-binding proteins related proteins,缩写为ORPs)家族成员组成情况,构建MgORP1基因缺失突变株和互补株,对MgORP1基因功能进行初步研究.[方法]以ORPs家族的典型结构域"ORD"为靶标,对稻瘟病菌基因组数据库进行BlastP搜索.通过同源重组的策略,构建MgORP1基因缺失突变体,再通过重新导入该基因全长片段获得互补株.然后对野生型、突变体和互补株进行菌落、分生孢子和附着胞形态或形成情况、以及致病力进行比较分析.[结果]稻瘟病菌基因组中含有6个可能的ORPs族蛋白,其中MgORP1基因的破坏降低了稻瘟菌在完全培养基上的菌落生长速率和产孢量.但对菌丝、分生孢子和附着胞的形态,以及在水稻上的致病力没有明显影响.[结论]MgORP1基因可能与稻瘟病菌的菌落生长和产孢量相关.