甘蔗主要病害抗病遗传育种研究进展

甘蔗生产长期受到病害的严重影响,这些病害不仅降低蔗茎产量和糖分,还影响宿根性,甚至造成品种种性退化,而抗病品种的选育是保证甘蔗生产的有效途径。概述了甘蔗花叶病、黑穗病、宿根矮化病和梢腐病4种主要甘蔗病害在病原物检测、种质筛选和基因工程技术等抗病育种工作方面的研究进展。     

甘蔗花叶病的基因工程研究

甘蔗花叶病(Sugarcane mosaic disease)是世界上重要的病毒病害之一,严重的影响了世界甘蔗的产量。对甘蔗花叶病病原菌分类、病原系统侵染的过程、相关致病机理、病原菌检测手段以及抗甘蔗花叶病基因工程的研究现状与前景进行了综述。     

甘蔗鞭黑粉菌侵染甘蔗的早期可视化观察

[目的]甘蔗鞭黑粉菌(Sporisorium scitamineum)引起的甘蔗黑穗病是我国甘蔗生产重要的病害.示踪甘蔗鞭黑粉菌侵染甘蔗的过程将有助于揭示其致病性和甘蔗抗黑穗病机制,为抗病品种的选育以及黑穗病的防治奠定基础.[方法]利用农杆菌介导的遗传转化技术对甘蔗鞭黑粉菌进行黄色荧光标记,对转化子进行配合及致病力检测...     

甘蔗根际微生态及其与黑穗病防治之间的关系

黑穗病严重危害甘蔗生产,造成蔗茎产量降低和蔗糖分损失。该病害通过气传和土传等方式传播,其病原菌的孢子能在高温干燥环境下存活半年以上。根际微生态是根系与土壤紧密联系的微型生态体系。该体系的环境因素如土壤微生物、根系分泌物、土壤理化性质等对作物生长发育有着极为重要的影响。同样地,根际微生态与植物病害的发展和防控也有着极其密切关系。甘蔗根际微生态系统的特征及其与黑穗病之间内在联系的阐述,有助于甘蔗黑穗病的早期预防及生防资源的开拓挖掘。本文从甘蔗黑穗病的发生与危害、植物根际微生态与病害的关系、甘蔗根际微生态及黑穗病防治这几方面,对前人研究进展进行综述,旨在为甘蔗根际微生态的研究和优异生防资源的挖掘及甘蔗黑穗病的高效防治提供参考和借鉴。     

甘蔗鞭孢堆黑粉菌原生质体转化DNA双片段的基因敲除方法的建立

由甘蔗鞭孢堆黑粉菌Sporisorium scitamineum引起的甘蔗黑穗病是甘蔗生产的主要病害,严重影响了甘蔗的产量和品质,然而其分子致病机制报道很少,极大地影响了有效防控技术的开发。为了提高该病菌基因功能的研究效率,本研究以甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合两个关键基因SsGPA3和SsPRF1为目标,建立了基于DNA双片段的甘蔗鞭孢堆黑粉菌原生质体转化基因敲除技术体系。结果表明甘蔗鞭孢堆黑粉菌单倍体细胞生长期在OD₆₀₀约为0.7,28℃下10mg/mL细胞壁裂解酶作用30min获得的原生质体产率最高,再生率最优;使用线性DNA双片段转化获得阳性转化子的成功率达90%以上,显著高于线性DNA单片段和质粒。本方法的建立将极大地提高甘蔗鞭孢堆黑粉菌的基因敲除效率,同时也为其他真菌的基因敲除提供借鉴。     

农杆菌介导甘蔗梢腐病病原菌YN41的遗传转化

甘蔗梢腐病是甘蔗生长中期的主要真菌病害。目前,研究甘蔗梢腐病病原菌和甘蔗品种的互作机制是防治梢腐病害的重点。本研究运用农杆菌介导的转化方法将含有绿色荧光蛋白(GFP)的双元载体PCAMBgfp转化到甘蔗梢腐病野生菌株(YN41)中,获得41个转化子。随机挑取7个转化子进行PCR扩增,均可扩增出潮霉素基因目标条带;且转化菌株的菌落形态、生长速度和致病力与野生型菌株相比没有显著差异;单孢继代培养后仍能发出稳定的绿色荧光,并且能够稳定遗传。同时发现60μg/m L潮霉素B能够完全抑制甘蔗梢腐病菌株YN41的生长。以上结果表明GFP基因已成功转化到甘蔗梢腐病菌株YN41中,可为后续甘蔗梢腐病病原菌和甘蔗品种的互作机制研究提供技术支撑。     

甘蔗内生解淀粉芽孢杆菌CGB15的分离、鉴定及生防活性

真菌病害占作物病害种类的一半以上,病原真菌是目前已知种类最多的作物病原菌。从作物根际与/或体内分离筛选具有生防活性的微生物,并应用于病害的防控,是除作物品种改良与化学防治外的另一种高效的病害防控策略。【目的】本研究拟筛选并分离鉴定对重要作物病原真菌具有拮抗作用的甘蔗内生细菌,为开发生物防治作物真菌病害新策略提供理论依据。【方法】采用平板对峙法初步筛选对病原真菌具有拮抗能力的甘蔗叶片内生细菌,通过16SrRNA基因测序鉴定其种属;进一步检测候选拮抗内生细菌对甘蔗鞭孢堆黑粉菌(Sporisorium scitamineum)致病发育过程关键步骤：有性配合/菌丝生长、冬孢子萌发的抑制率,田间试验检测其对甘蔗鞭黑穗病的防治效果;检测候选拮抗内生细菌对稻梨孢菌(Pyricularia oryzae)附着胞形成、离体叶片及盆栽条件下叶片病斑形成的抑制作用。【结果】分离自甘蔗叶片的细菌菌株,编号为CGB15,经分子鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。CGB15菌株能有效抑制甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合/菌丝生长,对峙培养条件下使真菌菌落呈现光滑;抑制冬孢子萌发,...     

生物表面活性剂鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌的体外抗菌活性

【背景】甘蔗黑穗病是一种主要的甘蔗病害,易造成甘蔗严重减产;鼠李糖脂是一种生物表面活性剂,可作为多种植物真菌病害的抑菌剂。【目的】研究生物表面活性剂鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌的体外抗菌活性及初步的抗菌机理。【方法】采用甘蔗黑穗病冬孢子萌发试验研究鼠李糖脂对甘蔗黑穗病冬孢子的抗菌作用。采用菌丝生长速率法和菌丝干重法对鼠李糖脂的体外抑菌试验进行检测;通过菌丝电导率的变化研究鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌细胞膜通透性的影响。【结果】鼠李糖脂能显著抑制甘蔗黑穗病菌孢子萌发,其中2.0 g/L鼠李糖脂对甘蔗黑穗病冬孢子萌发的抑制效果最好,抑制率达45.03%。鼠李糖脂能显著抑制甘蔗黑穗病菌双核菌丝体、单胞菌a和单胞菌b的生长。鼠李糖脂能使甘蔗黑穗病单胞菌细胞膜透性增加,与对照相比,2.0 g/L鼠李糖脂处理甘蔗黑穗病双核菌丝体0.5min后电导率升高了约9倍,处理单胞菌a30min后电导率提高了94.23%;0.1g/L鼠李糖脂处理甘蔗黑穗病单胞菌b30min后电导率升高了54.49%,随着浓度的增加,各处理电导率升高显著。【结论】鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌有良好的抗菌作用,有望为甘蔗黑穗病的防治提供新方法。     

甘蔗线条花叶病毒研究进展

甘蔗线条花叶病毒(Sugarcane streak mosaic virus,SCSMV)是引起甘蔗花叶病的主要病原之一,在世界各大蔗区普遍发生,严重威胁甘蔗产业的发展。综述了SCSMV的生物学特性、发生与危害、鉴定与检测、基因组结构与功能、防治策略等方面的研究进展,以期为深入研究SCSMV及其所致病害提供参考。     

基于高精度转录组测序技术挖掘甘蔗抗梢腐病相关的NBS-LRR家族基因

甘蔗(Saccharum officinarum)是中国乃至世界第一大糖料作物,也是非常重要的生物能源作物。甘蔗在大田生长过程中经常遭遇病原菌侵入而诱发甘蔗病害,严重时会造成产量下降、品质受损,在广西蔗区常年大面积种植甘蔗,梢腐病的发生极为普遍,也常因此造成严重的经济损失。本研究以具有易感梢腐病特征的现代栽培种‘中蔗1号’为实验材料,采用一种更高精度的转录组测序新技术,在全基因组水平鉴定到含有NB-ARC结构域的NBS抗病基因(含等位基因)共2 324个,其中在‘中蔗1号’梢腐病病株与健康蔗株中存在差异表达的基因有101个。进一步对这些基因的结构域进行注释分析,确定了36个NBS-LRR类抗病基因。推测这些基因可能参与甘蔗对梢腐病致病菌的抵御以及病害侵染甘蔗后的一系列防御反应。     

甘蔗茎尖原生分生组织区域化

甘蔗茎尖原生分生组织是甘蔗地上部分一切形态组织的发源中心,通过对6个不同茎径甘蔗品种4个不同营养发育时期的茎尖原生分生组织显微和超微结构观察研究发现:甘蔗茎尖原生分生组织呈半卵型结构,明显分为原套原始细胞区、原体原始细胞区、周缘分生细胞区、髓分生区,其区域化符合原套-原体学说。原套原始细胞区为最外一层细胞,原套细胞之间胞间连丝丰富,而原套与原体细胞之间胞间连丝极少,细胞以垂周分裂为主,扩大原生分生组织表面积;原体位于原套下的分生组织的中央区域,细胞可以进行各个方向的分裂,不断增加体积,原体原始细胞区呈一个球体;周缘分生区位于原套、原体下方两侧,细胞活跃产生叶原基和原形成层细胞;髓分生区细胞位于原体下方周缘分生区内侧,细胞横向分裂纵向排列,使甘蔗茎伸长。     

不同茎径甘蔗品种茎尖原生分生组织不同区域细胞分裂频率差异

为探明甘蔗茎尖原生分生组织不同区域细胞分裂频率差异及其与茎径和株高的关系,对6个不同茎径品种5个不同生长时期的甘蔗茎尖进行石蜡连续纵切片显微观察,发现甘蔗茎尖原生分生组织各区域细胞分裂频率有明显差异:周缘分生区细胞(3.89%)原体原始细胞区(2.67%)髓分生区(1.46%)原套原始细胞区(1.30%),以上差异均达到显著水平;各区域细胞分裂频率与甘蔗茎径均呈正相关,其中髓分生区和原套原始细胞区细胞分裂频率与茎径的相关系数较大,分别为r~2=0.856*、r~2=0.925*;各区域细胞分裂频率与甘蔗株高均呈负相关,其中原体原始细胞区细胞分裂频率与株高相关系数r~2=-0.728*。结果表明对原生分生组织各区域细胞分裂频率的精确量化,可以揭示甘蔗茎尖原生分生组织各区细胞与其特征的内在联系和不同区域细胞活动能力差异是甘蔗茎增粗的细胞学基础。     

甘蔗叶培养中不定芽和胚状体的发生

为了加速甘蔗优良品种的繁殖及解决种苗问题,采用植物组织培养以获得大量试管苗,为甘蔗育苗工厂化开辟新的途径。 1979年7月我们筛选出具有增殖速度快,继代能力强,成苗率高的“桂糖2号”胚性细胞团。用这种细胞团繁殖可以不受季节及材料的限制,能迅速获得大批蔗苗。同年九月     

甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化

利用改进的冰冻切片法结合间接免疫荧光标记技术对甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化进行了研究。结果表明, 在甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中存在4种循序变化的典型微管列阵,即周质微管、早前期微管带、纺锤体微管及成膜体微管。同时, 还观察到在各种典型微管列阵相互转变过程中存在各种微管列阵的过渡状态。甘蔗茎尖正在伸长的幼叶部位细胞的周质微管主要为与细胞伸长轴相垂直的横向周质微管; 茎尖幼叶部位伸长缓慢细胞的微管主要为纵向及斜向排列的周质微管,在甘蔗茎尖幼叶基部初生增粗分生组织处, 横向、斜向、纵向及随机排列的周质微管列阵均有分布。在少数分裂前期的细胞中, 发现细胞具有2条早前期微管带, 其具体功能还不清楚。表明甘蔗茎尖细胞微管列阵的变化与许多双子叶植物及部分单子叶植物具有共同的变化规律, 进一步证明微管骨架的周期性变化在植物中具有普遍性。     

甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化

利用改进的冰冻切片法结合间接免疫荧光标记技术对甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化进行了研究。结果表明,在甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中存在4种循序变化的典型微管列阵,即周质微管、早前期微管带、纺锤体微管及成膜体微管。同时,还观察到在各种典型微管列阵相互转变过程中存在各种微管列阵的过渡状态。甘蔗茎尖正在伸长的幼叶部位细胞的周质微管主要为与细胞伸长轴相垂直的横向周质微管：茎尖幼叶部位伸长缓慢细胞的微管主要为纵向及斜向排列的周质微管,在甘蔗茎尖幼叶基部初生增粗分生组织处,横向、斜向、纵向及随机排列的周质微管列阵均有分布。在少数分裂前期的细胞中,发现细胞具有2条早前期微管带,其具体功能还不清楚。表明甘蔗茎尖细胞微管列阵的变化与许多双子叶植物及部分单子叶植物具有共同的变化规律,进一步证明微管骨架的周期性变化在植物中具有普遍性。     

玉米抗甘蔗花叶病毒分子标记开发

由甘蔗花叶病毒引起的玉米矮花叶病是我国黄淮海地区玉米生产的重要病害,开发抗矮花叶病基因分子标记是开展抗病分子标记辅助育种的基础。本文基于玉米6.00-6.01区域的“一致性抗甘蔗花叶病毒QTL区间”寻找抗病基因的功能保守域,依据序列多态性开发出抗病分子标记InDel-130和InDel-110,在已知抗性的102份玉米自交系中进行验证。通过分析标记抗病带型和感病带型中的抗病和感病自交系数目,卡平方测验表明标记InDel-130在供试自交系中与抗病性的表现独立无关,而标记InDel-110与甘蔗花叶病毒抗性高度相关,为共显性标记,可用于玉米抗甘蔗花叶病毒种质筛选和分子标记辅助育种。     

甘蔗黄叶病毒P0蛋白基因细菌双杂交诱饵载体的构建和自激活鉴定

由甘蔗黄叶病毒所引起的甘蔗黄叶病是甘蔗生产中潜在的重要病毒病害之一。该病毒属黄症病毒科(Luteoviridae)中的马铃薯卷叶病毒属(Poleroviruses)。根据甘蔗黄叶病毒海南分离物(SCYLV-CHN-HN1)全基因组序列(Gen Bank No.HQ342888),设计P0蛋白基因的一对特异性引物P0-Bait F/P0-Bait R。以实验室保存的重组质粒p MD18T-P0为DNA模板,PCR扩增P0蛋白基因。然后将P0蛋白基因和细菌双杂交诱饵质粒p BT分别进行双酶切后,连接构建重组诱饵质粒p BT-P0。经PCR扩增、双酶切鉴定和序列分析,表明获得了细菌双杂交重组诱饵载体p BT-P0,且编码框正确。将重组载体p BT-P0转化细菌双杂交系统Bacterio Match RⅡScreening Reporter感受态细胞,进行自激活和毒性验证。结果显示p BT-P0重组载体在细菌双杂交系统中无自激活作用及毒性作用,表明本试验构建的p BT-P0可应用于该系统筛选与之互作的寄主蛋白。     

白条素研究进展

白条黄单胞菌((Xanthomonas albilineans (Ashby) Downson))是我国进境植物检疫性有害生物,其引起的甘蔗白条病是甘蔗上最重要的细菌病害。白条黄单胞菌产生一种高效的植物毒素/抗生素,称为白条素(Albicidin)。作为引起甘蔗白条病的致病因子,白条素通过抑制质体DNA回旋酶阻碍叶绿体分化,导致叶面出现典型的白色条纹症状,同时白条素的抗菌活性也赋予白条黄单胞菌在其定殖甘蔗过程中对抗其他细菌的竞争优势。此外,在纳摩尔浓度下,白条素对人类各种革兰氏阳性和革兰氏阴性病原细菌具有快速杀菌作用,使其成为具有潜在临床应用价值的抗菌药物。文中综述了该毒素的分子结构、传统提取方法、作用机制、生物合成基因及途径和化学合成方法及改良现状,以期为甘蔗白条病的防治及医用新型抗菌素的开发提供参考。     

甘蔗黑穗病菌RNA干扰相关基因ssdcl的功能研究

甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)是典型的二型态真菌,由其引起的甘蔗黑穗病是一个全球性的病害,对甘蔗产量和含糖量造成巨大损失。RNA干扰是一种保守的小RNA介导的转录后基因沉默机制。目前甘蔗黑穗病菌的RNA干扰系统尚未明确。本研究用蛋白保守结构域对甘蔗黑穗病菌基因组进行搜索,发现了一个RNA干扰组件DICER-LIKE (SsDcl)蛋白。序列分析显示此蛋白具有剪切双链RNA所必需的RNaseⅢ结构域和双链RNA识别区域。为了研究ssdcl基因的功能,本研究以甘蔗黑穗病菌单倍体JG36为出发菌株,构建了ssdcl基因的缺失突变株。与野生型相比,Δssdcl突变体的生长速度较慢,与野生型JG35配合后形成的二倍体菌丝更为细小,且分支较多,表明ssdcl基因的缺失可能影响了黑穗病菌菌丝的生长发育过程。另外,Northern blot和qRT-PCR的结果显示,ssdcl基因缺失突变体中milR-4的表达量下调,提示ssdcl基因在甘蔗黑穗病菌milRNAs形成过程中起重要作用。     

甘蔗花粉植株诱导成功

甘蔗现有品种基本上都是远缘的种间杂种,杂合 程度很高。若能通过花药培养获得双单倍体植株,就 为获得甘蔗的纯系建立了极其有效的方法。甘蔗的纯 系不仅可用于遗传学研究,还可直接用于选配优良的 杂交组合,在甘蔗育种业中充分利用杂种优势,可大 大提高蔗糖的产量。甘蔗花药培养方法的建立为甘蔗 单倍体诱变开辟了广阔的前景,可使诱变育种效率大 大提高。美国在夏威夷进行了多年花药培养的研究^[2], 菲律宾也进行了这方面的研究甘蔗现有品种基本上都是远缘的种间杂种,杂合 程度很高。若能通过花药培养获得双单倍体植株,就 为获得甘蔗的纯系建立了极其有效的方法。甘蔗的纯 系不仅可用于遗传学研究,还可直接用于选配优良的 杂交组合,在甘蔗育种业中充分利用杂种优势,可大 大提高蔗糖的产量。甘蔗花药培养方法的建立为甘蔗 单倍体诱变开辟了广阔的前景,可使诱变育种效率大 大提高。美国在夏威夷进行了多年花药培养的研究^[2], 菲律宾也进行了这方面的研究^[2],但仅得到来源于花 粉的多细胞球。我国台湾省曾进行了甘蔗花药培养的 研究,但尚未见获得花粉小植株的报道。,但仅得到来源于花 粉的多细胞球。我国台湾省曾进行了甘蔗花药培养的 研究,但尚未见获得花粉小植株的报道。