两类免疫受体强强联手筑牢植物免疫防线

植物先天免疫系统在抵御病原菌入侵过程中发挥至关重要的作用, 主要包括两个层次, 即病原菌相关分子模式和效应因子分别触发的PTI和ETI免疫反应。PTI和ETI分别由植物细胞膜表面模式识别受体(PRRs)和胞内免疫受体(NLRs)激活, 具有特异的激活机制, 但是两者激活的下游免疫事件相互重叠。PTI和ETI是否为泾渭分明的两道防线, 以及ETI与PTI下游事件为何如此相似, 一直是植物免疫领域最受关注的问题之一。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳团队与合作者利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)与丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)互作系统对PTI和ETI在机制上的联系进行了研究。他们发现PRRs和共受体参与ETI, 而活性氧的产生是联系PRRs和NLRs所介导的免疫早期信号事件。他们还发现NLRs信号能够迅速增强PTI关键因子的转录和蛋白水平, PTI的增强在ETI免疫反应中不可或缺。该研究从机制上解析了植物免疫领域中长期悬而未决的PTI与ETI相似性之谜, 是该领域的一项突破性进展, 为未来作物分子设计育种提供了新的启示。     

白粉菌诱导下感病小麦京411中TCTP基因的表达分析

TCTP广泛存在于动植物及微生物中,参与重要的生物过程。对小麦中克隆到的TCTP基因进行了白粉菌诱导下的表达模式分析,结果发现,在对白粉菌敏感的小麦京411中,白粉菌侵染后TCTP基因应答迅速,且基因表达水平较高。用病毒介导的基因沉默方法沉默京411中的TCTP基因,发现白粉菌成功侵染小麦叶片的比例下降,乳突等抗性结构特征比例上升,H2O2在细胞内的累积水平升高。试验结果表明,TCTP在小麦与白粉菌互作过程中起重要作用。     

小麦病程相关基因TaSec14的克隆及功能研究

Sec14蛋白家族在植物中参与磷酸代谢、信号转导等基本生命过程。从感白粉病小麦品种京411中克隆到一个磷脂酰肌醇转运蛋白基因,其开放阅读框为1 212 bp,编码403个氨基酸,与二穗短柄草中磷脂酰肌醇转运蛋白PITP3(XP_010236107.1)有80.45%的同源性,含有SEC14保守结构域,命名为TaSec14。接种白粉菌后,TaSec14在京411及其近等基因系BJ-1中表达趋势一致,表达量均高于抗病小麦品种Brock。利用病毒介导的基因沉默技术敲减京411中的TaSec14基因后,BSMV∶TaSec14叶片上白粉菌孢子的成功侵染率低于GKP Buffer对照组,而畸形率高于对照组,表明降低TaSec14基因的表达能在一定程度上提高感病小麦京411对白粉菌的抗性。推测TaSec14基因可能在小麦与白粉菌互作过程具有调控作用。     

植物抗灰霉病菌分子机制的研究进展

灰霉病菌(Botrytis cinerea)是寄主范围较广的死体营养型病原微生物,采用多种毒性策略侵染寄主植物,与此相对应,植物进化出多层次的灰霉抗性,在遗传学上呈现数量性状的特征,其中PTI是植物抗灰霉病菌免疫反应的重要组成部分。主要对PTI信号及识别、灰霉病菌信号的传导、抗灰霉转录因子和表观修饰、植物激素的调控、抗灰霉细胞学事件及次生代谢产物等方面取得的最新研究进展作一综述,特别指出具有实践应用潜力的抗病因素和方法,以期解决单一使用化学农药导致的问题。     

小麦响应禾谷镰刀菌侵染的转录组学研究进展

由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病直接为害作物穗部,不仅严重影响小麦产量,还可因为毒素污染问题威胁人畜健康。近年来对小麦与禾谷镰刀菌互作的转录组学研究带来了很多新见解,概述了小麦响应禾谷镰刀菌侵染的转录组学研究进展,主要比较了不同抗性品种、不同器官、不同籽粒发育时期的小麦穗部在禾谷镰刀菌侵染时的基因表达特征,总结了赤霉病感染时小麦的激素响应、信号传导、转录调控和防卫相关基因的表达规律,以期促进研究者对小麦响应禾谷镰刀菌侵染规律的理解。     

小麦白粉病菌对小麦幼苗光合生理特性的影响

为探讨小麦白粉病菌对不同抗性小麦品种幼苗光合生理特性的影响,本研究采用白粉病强致病力生理小种E09感染高抗小麦白粉病品种青春38、高感小麦白粉病品种龙麦33幼苗,研究接菌后0 d、1 d、2 d、4 d、6 d、8 d、10 d小麦叶片总叶绿素含量、光合速率(Pn)、叶片可溶性蛋白、叶片细胞内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性的变化。研究数据表明,接种小麦白粉病菌后,两小麦品种青春38和龙麦33的体内相对叶绿素含量、光合速率及可溶性蛋白含量均不同程度的降低,且感病品种龙麦33降低幅度较抗病品种青春38高。接菌后,两个品种的相对SOD、POD及CAT活性均表现为先升高后降低的变化趋势,相对SOD活性表现为感病品种龙麦33的峰值高于抗病品种青春38的峰值;相对POD活性则是抗病品种青春38的增加幅度极显著高于感病品种龙麦33的增加幅度;相对CAT活性则表现为两品种出现峰值的时间不同,但峰值幅度差异不显著。     

香蕉幼苗三类有机小分子溶质对尖孢镰刀菌侵染的生理响应

为阐明香蕉枯萎病发病机制,研究了尖孢镰刀菌侵染后,香蕉植株中几种对尖孢镰刀菌生长有显著作用的物质(氨基酸、有机羧酸、酚酸)种类和含量的变化。结果表明:(1)病原菌侵染后,伤害逐渐加剧,株高和生物量显著下降。(2)病原菌侵染后,叶片氨基酸总量显著升高,其中丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、异亮氨酸和亮氨酸增幅较大,病原菌侵染16 d,其含量分别为侵染前的7.1、6.2、4.4、3.5和2.3倍;而根氨基酸总量开始显著降低,差异逐渐变小。(3)叶片有机羧酸酸含量在病原菌侵染后显著增加,而在根中显著降低。侵染植株叶片中草酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸和延胡索酸含量分别是未侵染植株叶片的2.6、1.6、1.9、1.8和2.3倍;根中草酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸和延胡索酸含量分别是未侵染植株的81%、42%、44%、28%和59%。(4)病原菌侵染后,植株叶片和根中酚酸含量都显著升高。叶片中阿魏酸、肉桂酸和水杨酸含量分别是未侵染叶片的2.9、1.7和2.9倍;而根中对羟基苯甲酸和丁香酸含量分别是未侵染根的4.3和1.5倍。研究结果表明,尖孢镰刀菌侵染后,植物与病原菌的相互作用使得植物体内抑菌物质和促菌物质都会相应的增加,植株对病害有一定的抗性,但促菌物质种类和含量较高最终使得感病植株发病。     

立枯丝核菌对高粱幼苗活性氧及抗氧化酶活性的影响北大核心CSCD

以立枯丝核菌AG1-IA接种‘龙杂19号’高粱幼苗,通过盆栽试验在不同侵染时间观测分析高粱幼苗生长及生理代谢相关指标,揭示立枯丝核菌侵染对高粱生长、渗透调节物质及其抗氧化酶活性的影响机理。结果表明,(1)高粱幼苗株高、根长、地上(茎和叶片)鲜质量和干质量、地下(根)鲜质量和干质量均随接种时间延长呈下降趋势,且在接菌72 h时较对照依次分别显著下降了41.0%、29.2%、50.0%、50.0%、53.3%和50.0%。(2)幼苗叶片叶绿素a含量在接菌72 h时较对照显著下降45.3%,叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)值随接菌时间增加而逐渐下降。(3)幼苗叶片内MDA、O^(-·)_(2)和H_(2)O_(2)含量随接菌时间增加均呈逐渐上升趋势,在接菌72 h时较对照分别显著上升244.6%、140.4%和137.0%;叶片SOD、POD、APX和CAT的活性在接菌后变化趋势不尽相同,但在接菌72 h时较对照分别显著上升了16.5%、60.3%、50.0%和36.5%。(4)幼苗叶片可溶性蛋白和可溶性糖含量随接菌时间增加均呈逐渐上升趋势,并在接菌24~72 h增幅均达到显著水平。研究发现,接种立枯丝核菌可致高粱幼苗植株产生病斑,体内活性氧过量积累,膜质发生显著氧化损伤;侵染前期高粱植株主要以积累更多的渗透调节物质来抵御立枯丝核菌带来的伤害,侵染后期随植株受到伤害加重,同时诱导植株抗氧化酶类活性显著增强,以维持高粱体内活性氧代谢稳态平衡,减少植物膜进一步氧化损伤。     

白粉菌BGP(TG)在不同抗性草地早熟禾叶片上的侵染过程观察

【背景】草地早熟禾(Poa pratensis)白粉病是气传性病害,种植抗病品种是防治白粉病最经济、环保和有效的方法。【目的】明确禾布氏白粉菌BGP(TG)在3个不同抗性草地早熟禾叶片上的侵染过程和乳突在草地早熟禾抗白粉病中起的重要角色。【方法】利用考马斯亮蓝染色结合显微镜观察的方法,对不同抗性的3个草地早熟禾品种进行白粉菌侵染过程观察,统计分生孢子形成次生芽管的速度、吸器和乳突的形成情况,分析白粉菌对不同抗性草地早熟禾侵染过程的差异。【结果】‘探险家’草地早熟禾病症较其他2个品种更为严重,禾布氏白粉菌BGP(TG)侵染不同抗性品种的侵染过程基本一致,但‘探险家’叶片上初生吸器形成早于其他2个品种;接菌1-2 d后,在‘太行’叶表面分生孢子形成5级芽管的速度显著低于‘探险家’和‘黑杰克’;接种1d后,‘太行’草地早熟禾有效乳突形成率显著高于‘黑杰克’(P<0.05),‘黑杰克’有效乳突形成率显著高于‘探险家’(P<0.05)。【结论】明确了白粉菌在草地早熟禾叶片上的侵染过程和乳突在草地早熟禾抵御白粉菌侵入过程中起的重要作用,为草地早熟禾白粉病的预防和防治提供了理论基础和参考...     

田菁茎瘤固氮根瘤菌对小麦叶组织的促生作用研究

利用GFP标记的田菁茎瘤固氮根瘤菌(Azorhizobium caulinodans ORS 571)侵染露白24h的小麦种子,分别在侵染后0、6、12、24、48、72和96h采样,利用实时荧光定量PCR方法检测小麦体内6条与促生作用相关miRNAs(miR156、miR159、miR160、miR167、miR168和miR403)的表达模式,检测其中3条miRNAs(miR159、miR167和miR168)的靶基因表达模式;以接菌8d的小麦样品做切片,利用激光共聚焦显微镜检测小麦叶部田菁茎瘤固氮根瘤菌的分布,并测定小麦的生理指标。结果显示:(1)田菁茎瘤固氮根瘤菌侵染小麦后能够在叶片边缘部位定殖。(2)小麦叶片中与促生作用相关的6条miRNAs出现了不同程度变化,在12~24h到达其峰值,随后逐渐下降,其中miR159在峰值时的表达量为初始表达量的2.88倍。(3)3条miRNAs的靶基因表达模式与相应miRNA表达模式相对应,但并不严格。(4)生理指标测定结果显示,接种田菁茎瘤固氮根瘤菌对小麦叶片产生明显的促生作用,其中叶鲜重在96h的变化与对照差异极显著。研究表明,接种的田菁茎瘤固氮根瘤菌能够到达小麦叶组织,对小麦叶片的生长产生明显的促生作用,其中miRNAs在促生过程中发挥重要作用。     

脱落酸负调控拟南芥对白粉菌的穿透后抗性

脱落酸(ABA)在植物抗病反应中发挥重要的作用,而其如何调控植物与活体营养型病原真菌的相互作用还不清楚.拟南芥(Arabidopsis thaliana)ABA合成缺陷型突变体aba2-1和aba3-1对活体营养型病原真菌白粉菌(Golovinomyces cichoracearum)的抗性增强.外源ABA处理能够增加拟南芥对白粉菌的感病性.ABA受体组分的突变体abi1-1和abi2-1对白粉菌的抗性表型与ABA合成缺陷型突变体相似,而ABA信号转导下游组分的突变体abi3-1,abi4-1和abi5-1对白粉菌的抗性表型却与野生型相似.显微观察发现,在ABA合成缺陷型突变体中白粉菌侵染的穿透前和穿透过程都没有受到影响,但其穿透后菌丝的生长及分生孢子的产量都受到抑制.另外,还发现水杨酸和MPK3参与了ABA对白粉病抗性的调控.综上所述,本研究结果显示,ABA可能通过拮抗水杨酸抗病信号通路来负调控拟南芥对白粉菌的穿透后抗性.     

胚芽鞘保存麦类白粉菌种的研究

在大小麦感病品种的胚芽鞘大约长1—1.5cm 时接种白粉菌的分生孢子,置17—20℃的室温下20小时左右后,放入1—4℃的冰箱中保存。整个保存期间不加光照。30—40天后,胚芽鞘上长出白粉菌丝和分生孢子。经无病小麦苗接种试验,在3—4℃下小麦白粉菌保存110天、1—3℃下保存150天以上,胚芽鞘上的白粉菌分生孢子仍具有与盆栽麦苗上保存的分生孢子相似的侵染力。用胚芽鞘保存白粉菌种不需附加光照,方法简便,易于保持菌种纯度,保存期长。     

巴西橡胶树HbCRK1的克隆及表达分析

钙离子依赖蛋白激酶相关激酶(CDPK-related kinase, CRK)在植物对生物和非生物胁迫抗性中具有重要作用。为了揭示CRK家族成员在橡胶树抗逆机制中的作用,本研究从巴西橡胶树品种热研7-33-97叶片中克隆了一个CRK基因,其推导氨基酸含有特征性STKc_CAMK结构域,命名为HbCRK1。该基因在树皮、花、叶片和胶乳中均有表达,在叶片中的表达量最高;在干旱、机械伤害、白粉菌侵染和激素处理下均显著上调。本研究结果表明HbCRK1受逆境反应诱导,参与橡胶树抗逆响应的生理和分子机制,为揭示HbCRK1基因的功能和橡胶树抗逆响应的研究提供理论指导。     

利用瞬间表达技术分析小麦抗病相关基因的功能

采用瞬间表达技术分析了TaTBL、TaPK1和TaTST等3个抗病相关基因的功能。首先将这3个小麦抗病相关基因构建入高效表达载体,然后使用基因枪将目标基因和GUS基因载体同时导入到感白粉病小麦品种离体叶片表皮细胞中,用GUS基因标记阳性转化细胞。转化后接种白粉菌孢子,48h后观察转化阳性表皮细胞,研究抗病相关基因表达对白粉菌入侵及吸器形成产生的影响。结果表明,这3个基因在感病小麦品种叶片表皮细胞中的瞬间表达,对白粉菌侵入和吸器形成均有部分抑制作用,在一定程度上增强了表达细胞对白粉菌的抗性。     

低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的变化

以扬麦16和徐麦30为试验材料,利用人工气候室模拟低温逆境,研究拔节期-3 ℃和-5 ℃低温胁迫对小麦植株受冻率、叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的影响.结果表明： 随着处理温度的降低、胁迫时间的延长,小麦植株冻害等级与冻害指数增加,-5 ℃处理72 h两品种五级冻害率均为100%.低温处理结束当天,小麦叶片中内源激素脱落酸（ABA）、玉米素核苷（ZR）含量、抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性随胁迫程度加重呈先升高后降低的趋势;处理结束后3 d,ABA、ZR含量及抗氧化酶活性较处理结束当天升高;至处理结束后6 d,与自然生长的对照处理接近.低温胁迫叶片中赤霉素（GA₃）含量下降,处理结束后3和6 d,扬麦16叶片中GA₃含量呈上升趋势,徐麦30则表现为先升高后下降.-5 ℃ 72 h重度胁迫处理叶片中ABA、ZR、GA₃含量和SOD、POD、CAT活性均较对照显著下降.相关分析表明,较高的ABA、ZR含量、SOD、POD、CAT活性以及较低的GA₃含量可减缓低温胁迫对小麦植株的伤害.     

微丝骨架调控植物免疫机制的研究进展

植物病害是威胁农业生产的重要因素之一,会造成严重的粮食安全问题以及经济损失.植物对病原微生物的抵抗依赖于自身的先天免疫系统(plant innate immunity),主要包括分子模式触发免疫(pattern-triggered immunity, PTI)和效应因子触发免疫(effector-triggered immunity, ETI)两个层次.研究表明,微丝骨架在植物免疫中扮演重要角色,其通过自身动态重排来应对病原微生物的侵染,破坏宿主微丝会显著降低植物的抗病能力.本文重点介绍了植菌互作过程中的微丝骨架动态、参与调控植物免疫的微丝结合蛋白、调控微丝骨架的上游免疫信号以及微丝骨架动态在植物免疫中的生物学功能等的相关研究,并对微丝调控植物免疫的未来研究方向提出了展望.     

BTH和SA处理及白粉菌接种对甜瓜叶片光合特性的影响

以抗病品种Tam Dew和感病品种卡拉克赛为材料,研究了BTH和SA处理及白粉菌接种对甜瓜叶片叶面积、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度的影响.结果表明,BTH和SA处理及白粉菌接种对甜瓜苗期叶面积扩展无显著影响;BTH和SA处理植株的叶片(第3叶)和新生叶片(第5叶)的净光合速率、叶绿素含量和气孔导度显著高于对照;白粉菌接种后,2个甜瓜叶片的叶绿素含量、净光合速率和气孔导度显著降低,而BTH和SA处理能缓解由白粉菌接种带来的叶绿素含量、净光合速率和气孔导度的下降趋势.说明BTH和SA处理能延长甜瓜叶片的光合寿命,延缓甜瓜叶片的叶绿素含量、净光合速率和气孔导度的下降趋势.     

'陕麦139'受条锈菌抑制表达相关基因的分析

以‘条中32’接种前后的小麦抗条锈病种质‘陕麦139’幼苗叶片为材料,利用抑制消减杂交技术,构建了条锈菌接种48 h小麦抗病品种叶片的抑制表达SSH-cDNA文库,通过测序以了解条锈菌侵染后被抑制表达的相关基因。从构建的文库中随机选取48个阳性克隆,进行测序,经过序列拼接等,获得高质量EST序列34条(Gen-Bank序列号为EL930132-EL930165),序列比对分析表明其中31条EST序列与已知功能的基因序列同源性较高,主要涉及植物的能量代谢途径、膜转运、信号传导及核酸加工等方面的基因,包括光合系统Ⅱ抗性蛋白D1、碳酸酵素、线粒体磷酸盐转运子、苹果酸脱氢酶、过敏性诱导反应蛋白和rRNA核酸内切酶等相关基因。此外,获得未知功能的EST序列3条。研究表明,小麦在条锈病菌侵染初期,许多基因的正常表达调控受到影响,如能量代谢和寄主细胞结构木质化,阻止小麦抗病过敏性反应等。     

农杆菌浸种处理对小麦种子萌发及幼苗生长发育的影响

以小麦品种(系)郑9023、中13和西农1376为主区,分别以农杆菌菌液浓度、农杆菌生长阶段和农杆菌侵染时间为副区,研究了农杆菌浸种处理后小麦种子萌发及幼苗生理生化特性变化.结果表明,小麦品种(系)分别与农杆菌菌液浓度、农杆菌生长阶段和侵染时间的互作效应不显著;随着农杆菌菌液浓度的增加,小麦种子发芽率、幼苗株高、鲜重、叶绿素含量呈下降趋势,MDA含量、白化苗率、卡那霉素抗性苗率则呈上升趋势,而POD活性则呈先升后降的趋势,小麦种子及幼苗受到的伤害逐渐增大,尤其是农杆菌菌液浓度超过1.5 OD后小麦幼苗受到的伤害更为明显;对数生长阶段的农杆菌活性最高,该阶段处理的小麦种子发芽率、幼苗株高、鲜重、叶绿素含量达到最低,而POD活性、MDA含量、白化苗则达到最大,小麦种子及幼苗受到的伤害也最为明显;随着农杆菌侵染时间的延长,小麦种子萌发及幼苗生长发育的各项指标表现出与农杆菌菌液浓度处理相同的变化趋势,尤其是侵染时间超过1.5 h时,小麦种子萌发及幼苗生长发育受到了显著抑制;各小麦不同品种(系)对农杆菌的反应存在一定基因型差异.研究发现,依据小麦种子萌发及幼苗生理生化特性影响和卡那霉素抗性苗率表现,浸种转化法中的农杆菌菌液浓度应控制在1.5 OD左右,生长阶段宜选用对数生长期,侵染时间以1.5 h较为适宜.     

小麦抗白粉病相关基因GST克隆与表达

以从小麦抗白粉病相关基因差异表达分析中获得的EST-3 (Genbank序列号EX567360)为标签,采用电子克隆的方法对其进行延伸,并对电子克隆结果进行半定量RT-PCR验证,最后对白粉菌不同侵染时间进行了表达分析.经RT-PCR扩增,EST-3表达的带型变化趋势与其在抑制性消减杂交SSH-cDNA的差异显示情况一致,且RT-PCR获得的序列与电子克隆的序列一致性达98％.生物信息学分析表明,该序列是由875 bp核苷酸组成的,具有完整的开放阅读框架,编码蛋白为229个氨基酸,GenBank序列号JK841279,含有一个N端和C端谷胱甘肽硫转移酶结构域,该序列与小麦谷胱甘肽硫转移酶基因(GST)一致性较高,达97％.表达分析结果显示,白粉菌侵染24 h表达受到抑制,48 h开始表达,侵染72 h表达最强,96 h又开始下降,表明GST基因属于白粉菌诱导型相关基因,参与小麦对白粉病的应答反应.