从功能基因到生物学性状:大丽轮枝菌致病性形成的分子基础

大丽轮枝菌为典型的土传维管束病原真菌,针对其致病相关基因的挖掘与功能解析一直是植物病理学研究的热点.大丽轮枝菌具有定殖维管束、"毒素"致萎、形成微菌核、种群分化多元化等特征,这些性状最终支撑或决定了病原对寄主的致病性基础.从进化角度来说,功能基因决定生物学性状.截至目前,在大丽轮枝菌中已鉴定出上百个功能基因;但针对其与...     

大丽轮枝菌黑色素合成相关基因与微菌核形成的关系

大丽轮枝菌是一种重要的土传植物病原真菌,以休眠结构微菌核作为初始接种体,可侵染660多种植物引致黄萎病。微菌核是致密的多细胞结构,表面附着大量的DHN黑色素。许多报道指出,在微菌核发育过程中,传统的DHN黑色素合成途径中有5种催化酶编码基因Vd PKS、Vd T4HR、Vd SCD、Vd T3HR和Vd LAC均被诱导表达,但这些基因与微菌核形成的关系目前尚无报道。本研究通过基因敲除技术,系统研究了传统DHN黑色素合成通路上这5种关键酶编码基因及一种缩链催化酶编码基因Vayg1在大丽轮枝菌黑色素合成及微菌核形成中的作用。结果表明,大丽轮枝菌DHN黑色素合成需要Vayg1基因的参与,且Vayg1和Vd T3HR基因还参与微菌核的形成过程。因此,Vayg1基因和Vd T3HR基因可作为黄萎病防治的新靶标。     

大丽轮枝菌 VdCPMO基因克隆与功能分析

大丽轮枝菌 Verticillium dahliae是一种典型的土传病原真菌,可侵染400多种植物引致黄萎病,造成巨大的经济损失。微菌核是大丽轮枝菌的特殊休眠结构,能够在土壤中存活14年之久,是病害的主要初侵染来源。本研究在前期微菌核萌发表达谱的基础上,选择上调倍数最高的环戊酮1,2-单加氧酶基因（ VDAG_03943）,进行克隆与功能分析。结果表明,该基因全长1 929bp,cDNA序列全长1 668bp,编码555个氨基酸组成的蛋白,命名为 VdCPMO。与野生型菌株JY相比,敲除突变体菌株的菌落生长减慢,微菌核萌发率显著降低,芽管平均长度明显较短,而互补突变体菌株与野生型菌株JY间无显著性差异。致病力测定结果显示,敲除突变体菌株的微菌核丧失了对棉花的致病力。     

VdToxD1和VdToxD3调控大丽轮枝菌微菌核的萌发

大丽轮枝菌Verticillium dahliae是一种土传性植物病原真菌,可侵染660多种植物,引发黄萎病。微菌核是大丽轮枝菌在侵染后期形成的特殊休眠结构,可在土壤中存活14年,是黄萎病的主要初侵染来源。本研究在前期大丽轮枝菌萌发与休眠微菌核转录组分析的基础上,选择微菌核休眠状态高表达的VdToxD1和VdToxD3基因进行功能研究。结果发现,VdToxD1和VdToxD3敲除突变体菌株的微菌核萌发率分别为87.3%和86.0%,显著高于野生型菌株的64.0%;负调控微菌核萌发的转录因子VdCrz1与VdToxD1上游的-937 bp到-349 bp中的特定基序结合,与VdToxD3上游的-752 bp到-496 bp中的特定基序结合,结合位点均位于2个基因的启动子区。     

大丽轮枝菌异核体及其后代的形态与致病力变异*

以硝酸盐利用缺陷型突变（nit突变）和抗杀菌剂突变两种遗传标记,对大丽轮枝菌（Verticilliumdahliae）异核体后代的形态和致病力进行研究,结果表明,菌核型菌株与菌丝型菌株经菌丝融合形成异核体后,菌丝型菌株能恢复形成微菌核,其后代单孢菌落形成微菌核的数量明显低于菌核型亲本,且遗传性状不稳定;随着转代次数的增多,微菌核形成能力的丧失较菌核型亲本菌株快。异核体后代对棉苗的致病力变化较大,一般均低于致病力强的亲本菌株,或介于两个亲本致病力之间,或与亲本致病力相近。     

大丽轮枝菌异核体及其后代的形态与致病力变异

以硝酸盐利用缺陷型突变（nit突变）和抗杀菌剂突变两种遗传标记,对大丽轮枝菌（Verticilliumdahliae）异核体后代的形态和致病力进行研究,结果表明,菌核型菌株与菌丝型菌株经菌丝融合形成异核体后,菌丝型菌株能恢复形成微菌核,其后代单孢菌落形成微菌核的数量明显低于菌核型亲本,且遗传性状不稳定;随着转代次数的增多,微菌核形成能力的丧失较菌核型亲本菌株快。异核体后代对棉苗的致病力变化较大,一般均低于致病力强的亲本菌株,或介于两个亲本致病力之间,或与亲本致病力相近。     

大丽轮枝菌异核体及其后代的形态与致病力变异

以硝酸盐利用缺陷型突变（ｎｉｔ突变）和抗杀菌剂突变两种遗传标记,对大丽轮枝菌（Ｖｅｒｔｉｃｉｌｌｉｕｍｄａｈｌｉａｅ）异核体后代的形态和致病力进行研究,结果表明,菌核型菌株与菌丝型菌株经菌丝融合形成异核体后,菌丝型菌株能恢复形成微菌核,其后代单孢菌落形成微菌核的数量明显低于菌核型亲本,且遗传性状不稳定;随着转代次数的增多,微菌核形成能力的丧失较菌核型亲本菌株快,异核体后代对棉苗的致病力变化较大,一     

大丽轮枝菌VdSCH9基因的功能研究

大丽轮枝菌是一种土传性植物病原真菌,可侵染多种植物并引发黄萎病。目前,人们关于大丽轮枝菌的侵染和致病机制的了解还很不深入。本文通过敲除大丽轮枝菌编码丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶基因VdSCH9,阐明了其在大丽轮枝菌生长发育及致病过程中的作用。SCH9基因在酵母中的表达与cAMP-PKA途径和TOR信号通路相关,对酵母的生长、压力响应和寿命等有重要作用。大丽轮枝菌VdSCH9敲除突变体的生长速率显著下降,菌落边缘菌丝更为稀疏,菌丝分枝减少,对棉花植株为害的平均病情指数为56.6,显著低于野生型和互补突变体的平均病情指数90.5和82.8,对茄子植株为害的平均病情指数为65.9,也显著低于野生型和互补突变体的平均病情指数91.1和89.8。另外,敲除突变体对于高渗透压、氧化还原压力、细胞膜和细胞壁完整性等压力条件的敏感性增强。因此,VdSCH9对于大丽轮枝菌的生长、压力响应及致病力均有重要作用。     

大丽轮枝菌（Verticillim dahliae）突变体库的构建与分析

为了更加快捷地筛选大丽轮枝菌致病关键基因,利用聚乙二醇介导的原生质体转化法构建病原菌随机插入突变体库,对部分阳性转化子的生长表型指标和致病力进行分析,筛选生长发育与致病缺陷突变体并进行靶标基因定位。结果表明,本研究共获得13 030多个阳性转化子,随机挑选5个转化子与V991野生型菌株进行比较分析,发现其中一个突变体在PDA和不同碳源培养基上的菌落直径、产孢量以及致病力均显著降低。侧翼序列测序结果结合Blast比对分析表明,该缺陷突变体中的潮霉素抗性基因表达盒定位于大丽轮枝菌3号染色体1 528 782 bp处,属于内切葡聚糖酶1基因（VDAG＿04017）。综上所述,本研究通过大丽轮枝菌插入突变体库构建、突变体生长表型指标和致病力鉴定及靶标基因定位等一系列分子生物学手段,可初步鉴定病原菌致病相关基因,为从全基因组层面深入研究大丽轮枝菌致病机制奠定了一定基础。     

大丽轮枝菌微菌核的萌发条件及致死温度

微菌核是大丽轮枝菌在土壤中的主要存活结构和初侵染源,在土壤中可存活14年之久,其数量及存活状况直接影响着大丽轮枝菌型黄萎病的发生为害程度。以棉花黄萎病菌Verticillium dahliae XJ2008菌株为试材,研究了微菌核萌发的最佳条件、致死温度及土壤温度对微菌核存活的影响。结果表明,20℃、pH8.0是微菌核萌发的最佳条件。大丽轮枝菌微菌核具有很强的耐高温特性,随着处理时间的延长,微菌核的萌发率呈下降趋势,在55℃及以上处理时其萌发率下降迅速,而在50℃及以下处理时其萌发率下降相对较慢,在55℃处理360min可使微菌核完全致死,而在40℃、45℃和50℃处理1,440min,仍然有少量的微菌核存活,但其萌发率随着时间的推移呈下降趋势。土壤微菌核模拟试验结果表明,土壤温度对微菌核有很强的致死作用,40℃条件下处理4d后土壤中的微菌核已全部死亡。该研究结果为通过覆膜增温防治作物黄萎病提供了理论依据。     

大丽轮枝菌甘油-3-磷酸脱氢酶的功能分析

大丽轮枝菌可侵染棉花、马铃薯、番茄等660余种寄主植物,引致黄萎病,造成严重的经济损失。为了深入了解大丽轮枝菌的致病机制,本研究在前期棉花提取物诱导大丽轮枝菌转录组分析的基础上,选择上调差异表达的线粒体甘油-3-磷酸脱氢酶基因VdGut2(VD592＿6958＿Chr4)和非差异表达的胞质甘油-3-磷酸脱氢酶基因VdGpd(VD592＿10256＿Chr2),进行了功能分析。结果表明,两个VdGut2敲除突变体菌株的产孢量较野生型菌株分别下降了32%和41%,病情指数分别下降了70%和51%,菌落生长速率也显著下降;VdGpd过表达菌株产孢量和病情指数较野生型菌株显著下降,但在甘油为唯一碳源的培养基上其菌落生长速率显著上升。因此,VdGut2促进了大丽轮枝菌分生孢子的形成、碳源的利用以及对寄主植物的致病过程,VdGpd抑制了大丽轮枝菌分生孢子的形成和对寄主植物的致病力,却促进了甘油的代谢。     

过量表达GhPFN2基因增强棉花对大丽轮枝菌的抗性

越来越多的研究表明,微丝骨架参与植物先天免疫过程,但是其作用机制尚不明确.本研究发现,棉花(Gossypium spp.)的profilin基因(GhPFN2)在大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染条件下表达水平上调,推测GhPFN2可能参与棉花应答黄萎病过程.当棉花根部侵染大丽轮枝菌后,根表皮细胞中微丝的密度和成束度显著增加.与野生型相比,过量表达GhPFN2棉花对黄萎病的耐受性提高,并且棉花根部微丝骨架高级结构与野生型受到大丽轮枝菌侵染后的表型一致.这些结果表明,GhPFN2能够介导微丝骨架的重排,进而参与棉花抵御大丽轮枝菌的侵染过程.     

大丽轮枝菌假定蛋白VDAG＿07165的功能

土传病原真菌大丽轮枝菌寄主范围广,引起的黄萎病危害程度重、防控难度大。对病菌重要致病蛋白的挖掘和功能研究有望为病害防治提供新思路。本研究通过前期蛋白质组测序鉴定到一个未知功能结构域DUF1620家族蛋白VDAG＿07165在大丽轮枝菌对马铃薯根部初侵染阶段高表达。缺失VDAG＿07165基因导致大丽轮枝菌产孢量、分生孢子萌发率和穿透力均显著降低,对马铃薯植株的致病力显著减弱。由此说明,假定蛋白VDAG＿07165可在侵染早期通过调控大丽轮枝菌分生孢子的产生、萌发和穿透能力参与该菌对寄主的致病过程。本研究首次探明了DUF1620家族蛋白在土传病原真菌大丽轮枝菌分生孢子产生和侵染中的作用,为挖掘未知功能的新基因及其在真菌发育和致病过程中的功能研究提供了借鉴和参考。     

高效大丽轮枝菌(Verticillium dahliae) 基因敲除体系的构建

[目的]为了深入研究大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)致病基因的功能,构建高效大丽轮枝菌基因敲除体系.[方法]融合PCR构建基因敲除载体;利用农杆菌介导法转化大丽轮枝菌;使用在T-DNA之间加入致死基因的双元载体,使T-DNA随机插入转化子在添加5-氟脱氧尿苷的培养基上不能存活,实现对随机插入转化子的"反向筛选".[结果]对大丽轮枝菌腺嘌呤合成酶基因和几丁质合成酶基因进行基因敲除验证,基因敲除转化子在总转化子中的比例分别达到87%和44%.[结论]成功构建大丽轮枝菌高效基因敲除体系,为大丽轮枝菌致病基因的功能验证提供了技术平台.     

高毒力大丽轮枝菌特异片段SCF73突变株的构建及其致病力测定

[目的]初步明确高毒菌株VDG1特异片段SCF73与大丽轮枝菌致病力的关系.[方法]通过比较基因组学分析和PCR鉴定,明确大丽轮枝菌高毒菌株VDG1相对于低毒菌株VDG2的特异片段SCF73 ;构建SCF73片段敲除质粒,导入农杆菌AGL-1,应用农杆菌介导法转化大丽轮枝菌VDG1,抗性筛选和PCR扩增鉴定SCF73敲除转化子 ;利用果胶、纤维素和淀粉培养基模拟分析ΔSCF73降解细胞壁组分的能力,采用定量蘸根接种法鉴定其对感病棉种军棉1号的致病力.[结果]确定了大丽轮枝菌VDG1的特异片段SCF73,长度为27.1 kb,预测编码5个基因,推测2个基因具有水解酶功能 ;筛选获得了3个ΔSCF73突变株 ;突变株利用细胞壁组分的能力与野生型菌株VDG1相比无显著差异 ;突变株对感病棉种军棉1号的致病力显著减弱.[结论]高毒力菌株VDG1特异片段SCF73在大丽轮枝菌致病过程中具有重要作用.     

大丽轮枝孢微菌核的形成条件

以棉花黄萎病菌Verticillium dahliae XJ2008菌株为试材,研究了培养基类型、pH值、温度等因素对棉花黄萎病菌微菌核形成的影响,确立了微菌核形成的最佳培养条件,并对采自新疆、江苏、河南、陕西、山东等地的15个棉花黄萎病菌菌株进行了测试。结果表明,适合于棉花黄萎病菌微菌核大量产生的培养基为基础改良培养基（BMM）、pH值为9.5－11.5、温度为20℃。在该条件下,15个大丽轮枝孢菌株在接种后第12天即可产生大量的微菌核,不同菌株产生微菌核的数量及大小间存在着显著差异,但均与病菌的致病性     

新疆石河子地区棉花黄萎病菌分离鉴定及其致病力分析

旨在探究新疆石河子地区棉花黄萎病菌遗传变异及致病力分化情况。通过对分离菌株显微观察、ITS序列克隆及分子进化树的构建,对来源不同的棉花黄萎病菌分离鉴定以及致病力进行分析研究。结果表明:分离得到的24株棉花黄萎菌均属大丽轮枝菌(Verticillium dahliae),其中11株菌株为落叶型棉花黄萎菌,其余为非落叶型棉花黄萎菌;分子进化树结果显示24株菌在系统进化方式上属于2个不同的分支;相同寄主的致病力结果显示24株菌的致病力分为强中弱3个类型,其中强致病力比例为75%,相比2010年的51.7%提高了23.3%,表明石河子地区棉花黄萎菌群体致病力类型发生较大变化,强致病力菌系的比例增加,这或许与石河子地区常年种植棉花有一定的关系;其中SHZ-9为致病力最强的菌系,而SHZ-4为致病力最弱菌系,表明石河子地区黄萎菌存在着明显的致病力分化现象;不同致病力菌株按照营养亲和性可分为3个营养亲和群(VCGs)。本研究结果表明新疆石河子地区棉花黄萎病的致病菌基本是大丽轮枝菌,强致病力菌系占的比例在增加,且菌株在遗传分化上存在明显差异。     

大丽轮枝菌毒素的多糖组份对棉花致萎作用的研究

用β-葡萄糖苷酶水解大丽轮枝菌(Verticillium dahliae Kleb.)毒素中的多糖组份。发现经酶处理后的5个不同致病力类型的棉花黄萎病菌(大丽轮枝菌)菌株毒素都不能影响整个毒素复合物对棉花的致萎作用,表明毒素中的多糖组份在棉花的致萎作用中不占有重量地位。     

尖孢镰刀菌致病机理和化感作用研究进展

尖孢镰刀菌引起的枯萎病在生产中的防控相当困难。通过总结国内外相关文献,综述近年来有关尖孢镰刀菌致病机理和化感作用的研究进展。尖孢镰刀菌通过分泌毒素和细胞壁降解酶共同致病,谱系特异性区域的存在是其致病性强和宿主范围广的主要原因;在尖孢镰刀菌各专化型中已分离出大量致病相关基因;其他植物和拮抗微生物(木霉菌、丛枝菌根真菌、非致病性尖孢镰刀菌以及植物生长促生菌)可以分泌化感物质,作用于宿主植物和尖孢镰刀菌,直接抑制尖孢镰刀菌的生长或激活宿主植物的防御反应。未来有关尖孢镰刀菌致病机理研究应该在基因组测序基础上构建精细的遗传图谱;对化感作用的研究应当深入探讨分子机理,利用高通量测序等技术在转录组或蛋白组水平上明确宿主植物抗枯萎病相关基因,同时利用分子标记辅助育种来筛选新的抗枯萎病品种。     

棉花PR基因感应大丽轮枝菌病原相关分子模式的表达分析

由大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)侵染所引起的棉花黄萎病,每年给我国农业生产带来巨大的经济损失.同时,棉花与大丽轮枝菌互作过程中发生的免疫反应变化及其机理尚不明确,缺乏棉花免疫反应研究的指示基因.本研究根据已报道的植物病程相关基因(pathogenesis-related gene,PR基因)序列,搜索陆地棉(Gossypium hirsutum)基因组数据库,获得14个潜在的PR基因家族(GhPR).为了明确GhPR在植物免疫反应过程中的表达情况,分别利用两种已报道的病原相关分子模式(PAMP)肽段flg22和nlp20,以及3个来自大丽轮枝菌、与nlp20(nlp20~(Pp))同源的肽段nlp20~(Vd2),nlp23~(Vd3),以及nlp23~(Vd4),对无菌棉花根部进行处理,检测GhPR基因在不同处理时间段的表达情况.结果显示,在flg22,nlp20~(Pp),nlp20~(Vd2),nlp23~(Vd3)和nlp23~(Vd4)处理下,GhPR基因普遍上调表达,且在处理后3 h达到最高值;在处理后12 h内,nlp20~(Vd2)比其他肽段更为有效地诱导GhPR基因上调表达;尽管nlp23~(Vd3)和nlp23~(Vd4)所在的全长蛋白VdNLP3和VdNLP4不能诱导棉花叶片的坏死反应,但是这两个肽段却能够引起GhPR基因的上调表达.因此,本研究为棉花-大丽轮枝菌的互作的研究提供了免疫反应指示基因GhPR,以及来自大丽轮枝菌的免疫原性肽段nlp20~(Vd2),nlp23~(Vd3),以及nlp23~(Vd4).