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。     

橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA插入突变体库构建及其致病缺陷转化子筛选

【目的】进一步研究橡胶树胶孢炭疽菌致病分子机理。【方法】通过含ILV1基因(具氯嘧磺隆抗性)的pSULF.gfp双元载体农杆菌AGL-1介导进行橡胶树胶孢炭疽菌遗传转化,利用氯嘧磺隆抗性标记筛选转化子,对转化子PCR验证及荧光显微观察;采用离体古铜期橡胶树叶无伤接种法进行致病性缺陷转化子筛选,并对转化子进行遗传稳定性检测。【结果】获得含3 721个转化子的T-DNA插入突变体库,转化效率为150 400个转化子/106孢子,从3 721个转化子中筛选得到致病性缺陷转化子25个;随机选取20个转化子进行遗传稳定性测定,在不含氯嘧磺隆PDA平板上继代培养10次后仍保持氯嘧磺隆抗性,且表型稳定,表明插入外源基因能够稳定遗传。【结论】可以利用根癌农杆菌介导橡胶孢炭疽菌转化,构建橡胶树胶孢炭疽菌T-DNA插入突变体库,筛选致病缺陷突变菌,为进一步研究该菌致病相关基因提供材料。     

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。     

大丽轮枝菌致病及微菌核形成相关基因研究进展

大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)致病力强且宿主范围广,能以微菌核的形式在土壤中存活多年,当遇到合适的宿主就萌发,因此极难防控,对农业生产造成巨大危害。目前已经发现多种影响大丽轮枝菌致病力的基因,最为重要的发现为大丽轮枝菌能够形成侵入钉入侵植物,许多效应因子也是由侵入钉颈环处分泌出大丽轮枝菌并最终调控植物的免疫防御。同时,研究也表明黑色素对于形成成熟的微菌核非常关键,并且许多与微菌核形成相关的基因也与大丽轮枝菌致病相关。但目前的研究尚未完全阐明大丽轮枝菌如何导致植物萎蔫坏死以及微菌核形成的分子机理。综述了近年来有关大丽轮枝菌致病及微菌核相关基因的研究进展,以期为大丽轮枝菌致病及微菌核形成机理的进一步研究奠定理论基础。     

农杆菌介导的获取疏绵状嗜热丝孢菌插入突变体体系的建立

[目的]建立疏绵状嗜热丝孢菌的稳定遗传转化体系并获得插入突变体.[方法]利用农杆菌介导的方法建立疏绵状嗜热丝孢菌的遗传转化体系 ;分别通过Southern杂交、克隆转移DNA(T-DNA)侧翼序列来确定T-DNA在疏绵状嗜热丝孢菌基因组中的拷贝数和插入位点.[结果]成功建立了可靠的疏绵状嗜热丝孢菌的遗传转化体系.共培养过程中使用萌发孢子是成功建立疏绵状嗜热丝孢菌遗传转化体系的必要条件.疏绵状嗜热丝孢菌萌发的孢子与农杆菌在28℃共培养48h时,转化效率最高.乙酰丁香酮(AS)在农杆菌预培养及疏绵状嗜热丝孢菌萌发的孢子与农杆菌的共培养阶段都是必需的,且在共培养阶段当AS浓度为500 μM时转化效率最高.Southern杂交验证表明,79.2％的转化子为T-DNA单拷贝插入,且通过热不对称PCR (TAIL-PCR)分析得出T-DNA在该菌基因组中的插入位点是随机的.通过该转化系统筛选到部分表型突变体.[结论]我们首次报道了利用ATMT技术成功转化嗜热真菌-疏绵状嗜热丝孢菌,证明了该方法是一种简单有效的获得插入突变体的方法,并为该嗜热真菌进行基因定位提供了工具.     

膜泡运输蛋白VdSec22参与大丽轮枝菌胞外蛋白的分泌和致病性

摘要:【目的】验证大丽轮枝菌分泌途径中一个膜泡运输蛋白VdSec22的功能,为防治棉花黄萎病提供潜在的生物靶点。【方法】利用“正负双向筛选法”的方法,构建大丽轮枝菌VdSec22蛋白编码基因缺失的突变体菌株ΔQF。通过农杆菌介导的转化,将其编码基因VdSec22重新导入ΔQF构建了功能回补菌株CΔQF。以野生型菌株为对照,检测上述菌株分泌胞外蛋白(果胶酶、纤维素酶和毒素蛋白)的能力;采用蘸根接种的方法,检测上述菌株对棉花致病性的差异。同时通过定量PCR检测内质网分子伴侣表达量的方法,推断突变体菌株ΔQF中是否发生了内质网应激反应。【结果】成功构建了基因敲除突变体ΔQF和功能回补菌株CΔQF。突变体菌株ΔQF的果胶酶、纤维素酶、毒素蛋白的分泌能力和对棉花的致病性均较野生型减弱,并且产生了内质网应激反应。重新导入VdSec22基因可弥补突变体菌株ΔQF的上述缺陷。【结论】VdSec22是大丽轮枝菌的一个重要分泌途径蛋白,在大丽轮枝菌诸多胞外致病蛋白的分泌和棉花致病性中起重要作用。VdSec22可作为防治棉花黄萎病的潜在生物靶点。     

根癌农杆菌介导的轮枝镰孢菌遗传转化及T-DNA插入突变体的筛选

建立并优化了农杆菌介导转化轮枝镰孢菌Fusarium verticillioides获得T-DNA插入突变体的体系,在镰孢菌孢子浓度106个/mL、农杆菌OD600=0.15-0.20、乙酰丁香酮浓度为200μmol/mL的条件下共培养36h转化率最高,可达60-120个/106个孢子。共获得转化子1000多个,连续转接5代能够稳定遗传。PCR验证潮霉素B抗性基因已整合进转化子基因组DNA中,部分转化子表现为生长和形态异常。该转化体系的建立为研究该菌的致病机制和功能基因分析奠定了基础。     

根癌农杆菌介导的轮枝镰孢菌遗传转化及T-DNA插入突变体的筛选

建立并优化了农杆菌介导转化轮枝镰孢菌Fusarium verticillioides获得T-DNA插入突变体的体系,在镰孢菌孢子浓度106个/mL、农杆菌OD600=0.15-0.20、乙酰丁香酮浓度为200μmol/mL的条件下共培养36h转化率最高,可达60-120个/106个孢子。共获得转化子1000多个,连续转接5代能够稳定遗传。PCR验证潮霉素B抗性基因已整合进转化子基因组DNA中,部分转化子表现为生长和形态异常。该转化体系的建立为研究该菌的致病机制和功能基因分析奠定了基础。     

一种基于线性DNA片段同源重组的嗜盐古菌高效基因敲除系统

随着功能基因组学研究的深入发展,基因敲除技术日益成为基因功能研究的重要手段。嗜盐古菌Haloferax volcanii易于培养,是研究古菌基因功能的良好模式菌株。虽然现已开发了多种嗜盐古菌的遗传操作系统,但基因敲除成功率不十分理想。这些遗传操作方法基于pyrE筛选标记,利用携带同源片段的环状质粒与基因组同源片段间的两次同源重组,敲除目的基因。由于基于环状质粒和pyrE筛选标记的经典同源重组敲除方法在二次重组时,普遍存在回复到野生型菌株的可能,导致二次重组子中敲除目的基因的阳性菌株比例较低。为了克服传统同源重组技术的上述缺陷,文章建立了基于线性DNA片段的同源重组技术。该方法通过一次重组在目标基因的下游引入一段上游同源片段和pyrE标记,从而限定二次重组的发生部位只能在两段上游同源片段之间,发生二次重组的重组子理论上都敲除了目标基因。利用该方法,文章成功敲除了嗜盐古菌Haloferax volcanii的xpd2基因,阳性克隆率达65%。这种线性DNA片段重组法为嗜盐古菌的基因敲除提供了一种高效策略,便于嗜盐古菌的基因改造。     

鲍曼不动杆菌无痕基因敲除及hcp基因相关功能

【背景】鲍曼不动杆菌耐药严重,基因敲除是研究细菌毒力与耐药的重要方式。但现有的大部分细菌基因敲除方法基于抗生素抗性筛选,导致不适用于多重耐药菌株的基因敲除。【目的】旨在建立一种非依赖于抗生素抗性筛选的方法,用于敲除多重耐药鲍曼不动杆菌基因。【方法】运用同源重组和自杀载体pMo130-TelR对亚碲酸钾的抗性,使用两步筛选法,构建鲍曼不动杆菌VI型分泌系统溶血素共调节蛋白(Hemolysin-Coregulated Protein,Hcp)基因敲除突变体,并对缺失株的生长能力、细菌竞争能力以及血清抵抗能力进行测试。【结果】通过构建含同源片段的重组pMo130-TelR载体,成功敲除了鲍曼不动杆菌标准株ATCC 17978中的hcp基因,获得了ATCC 17978 hcp基因缺失突变体。突变体生长能力没有显著改变,但细菌竞争能力显著下降,血清抵抗能力显著升高。【结论】pMo130-TelR可成功用于鲍曼不动杆菌无痕基因敲除,对于研究鲍曼不动杆菌的耐药机制等相关问题具有深远意义。     

Development of an efficient agrobacterium-mediated gene targeting system for rice and analysis of rice knockouts lacking granule-bound starch synthase (Waxy) and β1,2-xylosyltransferase

We have developed a high-frequency method for Agrobacterium-mediated gene targeting by combining an efficient transformation system using rice suspension-cultured calli and a positive/negative selection system. Compared with the conventional transformation system using calli on solid medium, transformation using suspension-cultured calli resulted in a 5- to 10-fold increase in the number of resistant calli per weight of starting material after positive/negative selection. Homologous recombination occurred in about 1.5% of the positive/negative selected calli. To evaluate the efficacy of our method, we show in this report that knockout rice plants containing either a disrupted Waxy (granule-bound starch synthase) or a disrupted Xyl (β1,2-xylosyltransferase) gene can be easily obtained by homologous recombination. Study of gene function using homologous recombination in higher plants can now be considered routine work as a direct result of this technical advance.     

Construction of a Binary Vector for Knockout and Expression Analysis of Rice Blast Fungus Genes

We developed an efficient method to analyze gene function and expression of the rice blast fungus. We constructed a GATEWAY binary vector, which generates a gene-targeted disruptant carrying a green fluorescent protein gene under the native promoter of the target gene. Using this method, the knockout efficiency and expression patterns of two hypothetical genes were determined.     

Construction of a binary vector for knockout and expression analysis of rice blast fungus genes

We developed an efficient method to analyze gene function and expression of the rice blast fungus. We constructed a GATEWAY binary vector, which generates a gene-targeted disruptant carrying a green fluorescent protein gene under the native promoter of the target gene. Using this method, the knockout efficiency and expression patterns of two hypothetical genes were determined.     

基因编辑技术对大肠杆菌yjjW基因点突变的两步法策略

[目的]为了实现对大肠杆菌靶基因的点突变,本研究将同源重组系统与CRISPR-Cas9技术相结合,探索一种高效、简捷的两步法策略.[方法]将靶基因的上下游同源臂和标记基因(amp)与pKOV质粒连接,获得pKOV-HR重组质粒.将pKOV-HR转化至大肠杆菌,借助其自身RecA重组系统,介导DNA发生同源重组,获得靶基...     

靶向miRNA前体不同类型sgRNA的丰度及特异性评估

CRISPR/Cas技术能高效进行基因组定点编辑,但不同细菌来源或人工改造的Cas9以及Cpf1等核酸酶识别的PAM (protospacer adjacent motif)有差异,因此不同的基因编辑核酸酶可能采用不同类型的sgRNAs(small guide RNAs)。MicroRNAs (miRNAs)是一类调控性的小分子非编码RNAs,为了研究miRNA前体中是否可能存在特异性高的sgRNAs靶点,本文利用本课题组前期开发的生物信息学软件CRISPR-offinder,对靶向28 645条miRNA前体的11种不同类型sgRNA的丰度及特异性进行了分析,并利用CRISPR/Cas9慢病毒技术构建了猪miR-302/367基因簇敲除细胞系,对构建的猪miRNA敲除细胞系的效率进行了检测。结果表明,每个miRNA前体中平均存在约8种不同类型sgRNA的靶点;通过评估靶向猪miRNA前体sgRNA的脱靶效应,发现其中特异性高的sgRNA仅占18.2%;通过CRISPR/Cas9慢病毒技术成功构建了猪miR-302/367基因簇敲除细胞系,发现通过该技术构建miRNA敲除细胞系的效率为40%。本研究为利用CRISPR/Cas技术靶向敲除miRNA提供了重要资源。     

谷氨酸棒杆菌基因编辑的研究进展

谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸、有机酸等的重要菌株,广泛应用于食品、医药领域。利用基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌进行基因功能研究,在提高目的产物产量、发现新的基因功能等方面有重要意义。近年来,基因编辑技术发展日新月异,从基于同源重组的传统基因编辑技术到以人工核酸酶介导的基因编辑均在谷氨酸棒杆菌中得到合理应用。其中,CRISPR技术以其快速、简便、编辑效率高等优点成为现阶段研究者用于改造谷氨酸棒杆菌的主要技术,但是更为简单、高效的编辑手段依旧需要进一步研究开发,以获得优良菌株应用于工业生产中。     

Computational gene knockout reveals transdisease-transgene association structure

Genome-wide association studies for a variety of diseases are identifying increasing numbers of candidate genes. Now we are confronted with the fact that some genes are common candidates across diseases. Thus there is a strong need to develop a hypothesis formulation methodology to comprehend multifaceted associations between genes and diseases. We have developed a computational method for building transdisease-transgene association structure. By introducing the basic rationale underlying the gene knockout approach as an information processing procedure to a network constructed on the basis of hyperlinks between disease and gene pages listed in the Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) database, relations of genes with diseases are computationally quantified. We did successively eliminate gene pages (called "computational gene knockout" in this paper) expected to contribute to metabolic syndrome, and catalogued each association with various disease pages. We thereby apply a co-clustering method to the gene-disease relations to obtain an association structure by classifying diseases and genes simultaneously. Observing an association structure between over 100 diseases and their related genes, we then found that the structure revealed gene classes that were commonly associated with diseases as well as gene classes that were selectively associated with a specific disease class.