西瓜食酸菌抗铜基因cueR的生物信息学分析及功能验证

【背景】CueR被证实在模式细菌大肠杆菌的Cue抗铜系统中参与转录调控,西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli)中是否有类似的机制尚不清楚。【目的】鉴定西瓜食酸菌中的cueR基因、分析其编码蛋白的特点与功能,可以为进一步探究类Cue系统在西瓜食酸菌铜稳态中的作用机制奠定基础。【方法】以大肠杆菌等4个模式细菌中已经鉴定的CueR为参照,运用生物信息学手段对西瓜食酸菌的CueR (AcCueR)与大肠杆菌的EcCueR、铜绿假单胞菌的PaCueR、沙门氏菌的SeCueR、霍乱弧菌的VcCueR蛋白进行结构、性质、亚细胞定位、互作因子等特征分析;利用同源重组插入突变技术构建西瓜食酸菌FC440菌株cueR基因的突变体,并制备突变体基因功能互补菌株,比较分析各菌株抗铜性表型。【结果】西瓜食酸菌和铜绿假单胞菌的CueR序列相似性最高;5个细菌的CueR蛋白均属于HTH-MerR-SF超家族,三级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成;5种蛋白结构相似;AcCueR可以与西瓜食酸菌中P型ATP酶(即CopA)、多铜氧化酶CueO产生互作,且copA启动子中存在一个与CueR结合的回文结构。在含Cu~(2+)培养基上,突变菌株FC440(?cueR)生长能力明显减弱,基因功能互补菌株FC440(?cueR-cueR)的生长能力则完全恢复。【结论】西瓜食酸菌中的cueR基因与菌的抗铜性相关,其AcCueR蛋白与大肠杆菌等菌中的CueR具有相似的结构与功能,在西瓜食酸菌中可能存在类似于大肠杆菌的Cue抗铜系统。     

西瓜食酸菌RND蛋白家族外排转运体cusB基因抗铜功能研究

【目的】研究RND外排泵中cus B基因突变对西瓜食酸菌抗铜性的影响。【方法】采用Tn5转座子随机插入基因组制备筛选得到突变体,通过双亲杂交的方法构建功能互补菌株,并从西瓜食酸菌抗铜性、胞外纤维素酶和胞外蛋白酶分泌、胞外多糖产生、生物膜形成、致病性及过敏性反应等方面阐明RND外排泵中MFP蛋白亚基对西瓜食酸菌的影响。【结果】突变体Δcus B在含有1.25 mmol/L或2.5 mmol/L Cu SO4的KMB平板上不能生长,cus B基因的突变导致西瓜食酸菌的胞外多糖分泌和生物膜形成与野生型有差异,但不影响胞外纤维素酶、胞外蛋白酶、致病性及过敏性反应。【结论】RND外排泵相关基因cus B的突变会影响西瓜食酸菌的某些生物学特性,并导致病菌对铜十分敏感。研究以RND外排泵转运重金属为导向初步解析了西瓜食酸菌的抗铜机制。     

西瓜食酸菌Ⅲ型效应蛋白AopAI的鉴定及其功能初步分析

【背景】西瓜食酸菌（Acidovorax citrulli,Ac）引起的细菌性果斑病是葫芦科植物重要的病害之一,通过Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secreted system,T3SS）分泌至植物体内的Ⅲ型效应蛋白（type Ⅲ effector,T3E）是该菌重要的致病因子,目前对Ac T3E的认识仍然非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌候选的T3E Acidovorax outer protein AI （AopAI）,分析其对Ac致病力的影响和干扰植物免疫的方式。【方法】利用生物信息学方法分析AopAI序列特征、AvrBs1无毒报告系统验证蛋白转运功能;通过荧光定量PCR技术分析aopAI基因表达的调控及其对植物病原相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern,PAMP）激发的免疫反应（PAMP-triggered immunity,PTI）信号通路标记基因表达的影响;利用基因插入突变和基因功能互补方法,检测菌的致病力、植物组织过氧化氢和胼胝质积累量的变化;运用瞬时表达技术分析AopAI亚细胞定位和其抑制激发子诱导细胞死亡的能力。【结果】AopAI蛋白序列中不含跨膜螺旋区和信号肽,含有二磷酸腺苷（adenosine diphosphate,ADP）核糖基转移酶保守结构域;在T3SS核心基因hrpG和hrpX突变体中aopAI基因表达量显著降低;表达AopAI及AvrBs1功能区（59-445 aa）的avrBs1突变体可诱导ECW-10R辣椒叶发生过敏性坏死反应,表明AopAI具有转运功能;aopAI基因突变体在黄瓜子叶上的致病力减弱,但与其互作的黄瓜子叶组织中过氧化氢和胼胝质的含量均显著增加;AopAI在本氏烟叶瞬时表达后,显示其定位于细胞膜和细胞核,还表现抑制激发子NIP诱导的叶细胞死亡,导致叶细胞的PTI信号通路标记基因GRAS2和ACRE31的表达量显著降低。【结论】在西瓜食酸菌中具有一个定位于细胞核和细胞膜、有ADP核糖基转移酶结构域的T3E蛋白AopAI,该T3E是能够抑制NIP诱导的细胞死亡的毒性蛋白,通过抑制ACRE31调节的免疫途径降低植物过氧化氢和胼胝质的积累,以抑制植物PTI防御反应机制。     

西瓜食酸菌Ⅲ型效应蛋白AopBF1的鉴定与功能分析

【背景】细菌性果斑病（bacterial fruit blotch,BFB）是一种发生在葫芦科作物上的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌（Acidovorax citrulli）,西瓜食酸菌通过Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secretion system,T3SS）将重要的致病因子Ⅲ型效应蛋白（type Ⅲ effector,T3E）转运到植物体内,从而致病。目前,对于T3E致病机制的认识非常有限。课题组前期已鉴定到西瓜食酸菌FC440菌株中的一些候选T3E。【目的】明确西瓜食酸菌FC440菌株候选T3E中AopBF1的序列特征、转运特性及其在病原菌致病过程中的作用,可以为深入解析病原菌致病机制奠定理论基础。【方法】利用生物信息学手段,预测分析AopBF1的T3E序列特征;通过RT-qPCR、无毒蛋白报告系统检测AopBF1所受调控及其转运特性;观察aopBF1突变体（插入突变）及过表达时西瓜食酸菌的致病力表型,分析AopBF1对西瓜食酸菌致病性的贡献。【结果】AopBF1具有T3E的序列特征、不含保守结构域,具有蛋白激酶序列特征;AopBF1在T3SS核心调控基因hrpX、hrpG突变株中的表达量显著降低;当aopBF1基因与AvrBs1功能区（59-445 aa）片段同时于avrBs1突变株中表达时,能够诱发含Bs1蛋白的ECW-10R辣椒叶片发生过敏性坏死反应;aopBF1突变株对寄主黄瓜的致病力显著减弱,而同时黄瓜组织中过氧化氢、超氧阴离子自由基及胼胝质的积累量表现为显著增加;AopBF1过表达菌株对寄主的致病力显著增强,其在诱导本氏烟的hypersensitive response （HR）反应发生上表现延迟;AopBF1瞬时表达时,显示定位于本氏烟细胞的细胞质、细胞核和细胞膜,可诱发本氏烟发生HR反应,促进PAMP-triggered immunity （PTI）及激素通路相关基因的表达。【结论】AopBF1是西瓜食酸菌的一个具有蛋白激酶特征的T3E,抑制寄主活性氧和胼胝质积累等PTI免疫反应以促进西瓜食酸菌的致病,激发含R抗性蛋白的本氏烟的PTI和激素相关抗病免疫反应。     

西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW功能初步分析

【背景】细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)是葫芦科植物上一种严重的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli)。目前已知Ⅲ型分泌效应物(typeⅢsecreted effectors,T3SEs)是该病菌的关键致病因子,但对其效应物功能和作用机制的认识非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW,分析其编码蛋白质影响植物免疫的方式,为更深入地认识该基因在西瓜食酸菌致病机制中的作用奠定基础。【方法】利用生物信息学分析其序列特征;借助荧光定量PCR技术分析aopW的表达调控及其与抗病相关基因表达间的关系;利用基因突变及基因功能互补手段,通过分析致病性、寄主活性氧积累量等解析基因功能;采用瞬时表达技术了解AopW诱导非寄主hypersensitive response (HR)能力及其亚细胞定位情况。【结果】aopW基因启动子区存在Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system,T3SS)核心基因结合位点,其编码的蛋白不存在信号肽和跨膜螺旋区,与Ⅲ型分泌效应物harpin蛋白同源;T3SS核心基因hr...     

溶磷菌和固氮菌溶解磷矿粉时的互作效应

采用4株溶磷菌（Lx81、Dm84、Jm92、Lx191）、和3株固氮菌（ChW5、ChW6、ChO6）单独和混合接种后测定培养液有效磷含量、pH值及总有机酸含量的方法,研究溶磷菌和固氮菌溶解磷矿粉时的互作效应。结果表明,相对于单独接种溶磷菌：Lx81与3株固氮菌分别混合培养能提高磷矿粉的溶解能力,4株溶磷菌与ChW6,Lx81、Dm84、Lx191与Ch06分别混合培养及Jm92＋ChW5组合溶磷量极显著增加（P〈0．01）;Dm84＋ChW5、Lxl91＋ChW5、Jm92＋Ch06组合的溶磷量下降（P〈0．01）。除Lx81＋ChW6、Lx81＋Ch06培养液pH值降低外,混合培养的其它组合培养液pH值均较单独接种溶磷菌时升高。有机酸测定结果表明,Lx81、Jm92与ChW5、Ch06分别混合培养、ChW6＋Lx81组合有机酸含量升高（P〈0．01）,其它7种组合的有机酸含量均较单独接种溶磷菌的值下降（P〈0．01）。溶磷菌和固氮菌单菌培养时溶磷量与pH值、溶磷量与总有机酸含量及pH值与总有机酸含量之间呈现线性相关;Dm84、Lx191与3株固氮菌分别混合培养溶磷量与pH值之间、Lx81与3株固氮菌分别混合培养溶磷量与总有机酸含量之间呈现线性相关,其它组合的溶磷量与pH值、总有机酸含量间没有相关性。溶磷菌和固氮菌混合培养对溶解磷矿粉既有协同作用也有拮抗作用。     

利用酵母双杂交系统筛选与黄瓜花叶病毒外壳蛋白互作的寄主蛋白

利用酵母双杂交系统,以黄瓜花叶病毒(Cucumber mosaic virus,CMV)的外壳蛋白(coat protein,CP)为诱饵,从番茄叶片c DNA文库中筛选与其互作的蛋白。结果显示,诱饵载体pBT3-SUC-CMV-CP均能在酵母细胞中正确表达,无自激活活性而且对酵母无毒性;通过对酵母双杂交文库的筛选和回转验证,共获得了98个阳性克隆,分别编码67个可能与CMV-CP相互作用的蛋白,分别参与植物防御反应、光合作用、物质转运、信号转导、能量代谢、氨基酸代谢、细胞壁的形态建成、植物的激素代谢等。本研究结果表明,CMV CP可同时调控寄主的多个代谢过程,在CMV的致病过程中有多重功能。     

敏捷食酸菌腈水解酶基因在大肠杆菌中的表达

以含有敏捷食酸菌的腈水解酶基因的克隆质粒为模板,通过PCR扩增获得长度为1 080 bp的腈水解酶(Nitrilase)基因片段。使用表达质粒p ET-28-a构建表达载体,获得重组质粒p ET-Nit。对所表达的基因进行测序对比发现与Gen Bank所公布的基因序列比较,相似性99%,读码框出现2 bp的突变,但并未引起相应氨基酸突变,故不影响酶的表达与特性。将重组质粒转化到表达宿主Escherichia coli Rosetta(DE3)感受态中,使用诱导剂IPTG对菌株进行诱导表达,获取菌液进行SDS-PAGE分析,得知目的蛋白分子量约为41.28 k D,与预期所想的一致。酶活力分析表明,上清的比活力为3 U/mg。进一步对诱导条件进行优化,包括诱导温度,IPTG浓度,诱导时间等一系列条件。在最优条件下,扩大培养体积,比活力可达15 U/mg,活力提高了5倍左右。     

拟南芥WRKY61转录因子的转录活性与互作蛋白分析

该研究采用双荧光素酶报告系统、酵母双杂交和双分子荧光互补实验,对拟南芥AtWRKY61的转录活性及与AtWRKY61转录因子的互作蛋白进行了分析,并用qRT-PCR方法分析AtWRKY61对多种非生物逆境的响应特征,为进一步揭示AtWRKY61的功能与分子调控机制奠定基础。绿色荧光蛋白介导的亚细胞定位分析显示,AtWRKY61定位于细胞核内;基于原生质体的双荧光素酶报告系统和酵母实验发现,AtWRKY61具有转录抑制活性。qRT-PCR分析表明,AtWRKY61对多种非生物逆境的处理具有明显的响应,可能是在多条信号通路中发挥作用。酵母双杂交与双分子荧光互补分析表明,AtWRKY61与自身以及同组的AtWRKY9和AtWRKY72存在互作关系,暗示可能通过形成WRKY复合物来行使特定的转录抑制功能。     

地果的转录组学分析

为探究地果(Ficus tikoua)的遗传变异特征,利用Illumina HiSeq-2500平台获取地果的基因表达谱。结果表明,共获得了197 362个转录本,总长度和平均长度分别为114 072 125和577 bp。使用BlastX和BlastN共注释了139 992个转录本(占总数的70.93%)。从3个品种叶片和茎的6对样品中,分别鉴定了12 397、12 340、10 373、94 431、71 830和44 465个差异表达基因,以及注释了126、129、125、134、138和137条代谢途径。这将有助于理解地果的遗传特征,以及不同组织中代谢途径的变化。     

球囊菌胁迫中华蜜蜂幼虫肠道过程中病原的转录组学研究

【目的】本研究利用RNA-seq技术对球囊菌胁迫的中华蜜蜂(中蜂)幼虫肠道进行深度测序,经趋势分析得到差异表达基因(DEGs)的显著表达模式,进而对胁迫过程中的球囊菌进行转录组学分析。【方法】利用Illumina HiSeq 2500平台对球囊菌胁迫的中蜂幼虫肠道进行深度测序,并利用相关软件进行了深入分析。最后,通过RT-qPCR对RNA-seq数据进行了验证。【结果】本研究共得到球囊菌的41133932条高质量clean reads。22865个DEGs共聚类为8个基因表达模式,其中,16769个DEGs聚类为2个显著上调趋势与2个显著下调趋势。GO富集分析结果显示,显著上调与显著下调趋势中的DEGs分别富集于40与37个GO term,基因富集数最多的为细胞进程(2486 unigenes)。KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果显示,显著上调与显著下调趋势中的DEGs分别富集于119和112个pathway,基因富集数最多的分别是氨基酸生物合成(127 unigenes)与核糖体(98 unigenes)。进一步分析表明球囊菌在胁迫中蜂幼虫肠道的过程中通过提高物质合成促进其增殖,而宿主通过抑制球囊菌的蛋白合成抵御病原入侵。富集在MAPK信号通路的11个DEGs的表达水平随着胁迫时间的延长而逐渐下降,推测中蜂幼虫通过抑制该通路而阻遏球囊菌增殖。【结论】本研究不仅为揭示白垩病过程中的球囊菌-中蜂幼虫互作提供了重要信息,也为阐明不同抗性蜂种的球囊菌抗性差异奠定了基础。     

Transcriptome analysis of Verticillium lecanii based on RNA-Seq technology

[目的]蜡蚧轮枝菌是一种防治植物病原物和害虫的生防菌,弄清其致病的分子基础具有重要的意义。[方法]利用Illumina HiSeq技术测序蜡蚧轮枝菌的cDNA文库,并进行RNA-Seq序列拼接和功能注释。[结果]共获得1634670条高品质reads,碱基GC含量48.50%。14856条Unigene经组装拼接后,在Nr、Swiss-Prot、COG和KEGG数据库中分别比对得到1467、9379、6518和4188条Unigenes。采用GO分类工具将21403条Unigenes分成24个功能组,主要包含在细胞组成（1369）、分子功能（1679）和生物学过程（1928）3个大类里,在COG数据库注释的基础上,把6518条Unigenes分成38个功能组,通过GO和COG丰度识别分类,聚类的主要是一般功能预测、次生代谢产物的合成、运输和分解代谢以及信号转导机制起作用的独立基因。能与KEGG路径匹配的108条Unigenes中大部分和新陈代谢途径及次生代谢产物的合成有关。[结论]这些结果将有助于找寻蜡蚧轮枝菌的致病因子,从而丰富其致病机理。     

小麦隐匿柄锈菌与小麦互作不同阶段的基因差异表达分析

[目的]小麦叶锈病是影响小麦生产主要病害之一,其病原菌新小种的出现和劣势小种上升为优势小种导致抗病品种的抗病性不断被克服.小麦隐匿柄锈菌与小麦互作不同阶段差异表达谱分析对于揭示该病菌致病的分子机制,进而有效防控小麦叶锈病具有重要意义.[方法]利用转录组分析小麦隐匿柄锈菌致病生理小种与感叶锈病小麦品种MuTcLr19亲和...     

Colonization of cucumber plants by the biocontrol fungus Clonostachys rosea f. catenulata

Clonostachys rosea f. catenulata (Gliocladium catenulatum) strain J1446 (formulated as Prestop WP) suppressed Fusarium root and stem rot caused by Fusarium oxysporum f. sp. radicis-cucumerinum (Forc) on cucumber plants grown hydroponically in rockwool medium. Sixty days following application at seeding, the biocontrol agent had proliferated through the rockwool blocks and was present on cucumber roots and the crown region of the stem at populations >1 × 10⁵ CFU/g fresh weight. Scanning electron micrographs showed that C. rosea had rapidly colonized the root surface and was associated with root hairs and epidermal cell junctions. Following transformation of the fungus with Agrobacterium tumefaciens strain AGL-1 containing the hygromycin resistance (hph) and β-glucuronidase (uidA) genes, blue-stained mycelia could be seen growing on the surface and within epidermal and cortical cells of roots, stems and shoots 3 weeks after treatment. Quantification of GUS activity by fluorometric assays showed that fungal biomass was highest in the roots and crown area, while the extent of colonization of upper stems and true leaves was variable. Higher population levels resulted following application to rockwool blocks compared to seed treatment. Application of C. rosea preceding inoculation with Forc significantly reduced pathogen populations on roots compared to plants inoculated with Forc alone. Colonization of infection sites in the root zone reduced pathogen development and disease incidence. Densities of the biocontrol agent appeared to increase in the presence of the pathogen.     

玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea)侵染小菜蛾的表达谱分析

【背景】昆虫病原真菌对寄主的侵染是一个十分复杂的过程,是多基因共同作用的结果。玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosea) IFCF01菌株对小菜蛾具有很高的致病力,然而有关玫烟色棒束孢对小菜蛾致病的相关基因少见报道。【目的】筛选玫烟色棒束孢侵染小菜蛾相关基因,为更好地利用玫烟色棒束孢防治小菜蛾提供基因靶点。【方法】采用第二代高通量测序技术RNA-Seq,对玫烟色棒束孢侵染小菜蛾2–3龄幼虫4、8、12、16、24、30、36 h的虫菌混合样品(处理组)及纯培养玫烟色棒束孢(对照组)进行测序分析并筛选差异表达基因,结合生物信息学方法分析差异基因涉及的功能模块和信号通路。【结果】玫烟色棒束孢侵染小菜蛾混合样品与纯培养玫烟色棒束孢对照组对比分析共获得28 384个差异基因,其中显著差异表达基因274个,上调表达118个,下调表达156个。筛选获得的显著差异表达基因,特别是上调表达基因可能与玫烟色棒束孢对小菜蛾的侵染有关。GO二级分类显示,差异表达基因能够注释到36个GO条目中,包含18个生物学过程、9个细胞组分和9个分子功能。KEGG通路分析显示共有171个差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)注释到132个通路中,其中有66个DEG显著富集在14个通路中。这些显著差异表达基因中大部分为玫烟色棒束孢侵染过程中潜在致病毒力相关基因。【结论】本研究为筛选玫烟色棒束孢侵染小菜蛾致病相关基因提供重要数据库,也为阐明玫烟色棒束孢对小菜蛾的侵染机制提供基础。     

Potential of Lecanicillium species for dual microbial control of aphids and the cucumber powdery mildew fungus, Sphaerotheca fuliginea

Detached leaf disc bioassays were conducted against cucumber powdery mildew and three species of aphid with three entomopathogenic species of Lecanicillium; Lecanicillium longisporum (Vertalec^®), Lecanicillium attenuatum (CS625), and an unidentified isolate (DAOM198499). The three Lecanicillium species had high virulence against the aphids Myzus persicae, Macrosiphum euphorbiae and Aulacorthum solani with the exception of DAOM 198499, which demonstrated reduced virulence to A. solani with an LT₅₀ of 6.4 days. Otherwise, LT₅₀ ranged between two and four days. Suspensions of conidia and blastospores of the Lecanicillium species were also applied onto 15 mm leaf discs dissected from cucumber plants previously inoculated with Sphaerotheca fuliginea. Powdery mildew did not develop when the Lecanicillium applications were made one and eight days after S. fuliginea inoculations. When Lecanicillium was applied to highly infected leaf discs 11 and 15 days after S. fuliginea inoculation, the application suppressed subsequent production of S. fuliginea spores as compared to the controls. These results suggest the potential of a dual role for Lecanicillium spp. as microbial control agents against aphids and powdery mildew.     

功能作图(functional mapping)分析大肠杆菌和金黄色葡萄球菌之间的竞争互作

【背景】功能作图(functionalmapping)模型是基于统计方法的分析生物体动态复杂性状发育的全基因组作图方法,旨在定位性状发育过程中的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL),将功能作图应用于微生物研究有助于解析复杂的互作过程。【目的】利用功能作图定位两种微生物在动态生长发育过程中发挥显著作用的QTL,通过基因功能注释找到影响微生物表型生长的基因。【方法】将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌各100个菌株单独培养和一一配对共同培养,将取得的各菌株生长丰度表型数据和单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)数据进行关联分析,找到同一物种在不同培养条件下对生长起作用的显著QTL。【结果】通过功能作图分析,在大肠杆菌中定位到217个QTL,金黄色葡萄球菌中定位到152个QTL;通过功能聚类和基因注释分析发现,QTL所在候选基因中金黄色葡萄球菌scdA、sdrC、sdrD、ftsA和大肠杆菌phr、nagC、eptA、ppsA、priA、flim基因对微生物的生长发挥了较大作用。【结论】本文借助功能作图定位了大肠杆菌和金黄...