稻瘟菌无毒基因研究进展

无毒基因编码的产物激发病原物与植物特异性相互作用。水稻与稻瘟菌之间的特异互作符合“基因对基因”关系。从研究稻瘟菌无毒基因的意义、已鉴定和克隆的稻瘟菌无毒基因、稻瘟菌无毒基因与其抗病基因的互作特点等几个方面,对稻瘟菌无毒基因研究进展作了简要评述 。     

稻瘟菌无毒基因研究进展

稻瘟菌是引起水稻稻瘟病的病原物。水稻与稻瘟菌间存在广泛而特异的相互作用,是研究寄主与病原物互作的重要模式系统。本文对稻瘟菌与水稻互作最重要的激发子―无毒基因的研究现状进行了概括,讨论了无毒基因的定位、克隆方法以及已克隆无毒基因的功能及进化研究,同时对今后无毒基因研究的重要方向进行了探讨,为深入理解无毒基因的功能及与水稻可能的互作关系奠定了基础。     

稻瘟菌无毒基因的分子检测及其指纹类型分析

针对稻瘟菌中Avr-Pita与AvrPiz-t两个无毒基因,设计特异性引物,利用PCR方法对吉林省103株稻瘟菌菌株进行分子检测,并结合AVR-Pib、AVR-C039、PWL2和ACE1 4个无毒基因在其中85个菌株中的分布情况,绘制出基于这6个无毒基因的指纹类型.结果表明,Avr-Pita基因和AvrPiz-t基因在吉林省稻瘟菌中的分布频率分别为86.41%和62.14%;建立的指纹类型显示,85株稻瘟菌分布于9种类型中,其中类型1为主要类型,其分布频率为40.00%:根据30个已知生理小种的菌株在指纹类型中的分布情况,初步发现类型7与吉林省优势生理小种ZE1可能存在对应关系,并应用于稻瘟菌优势生理小种的特异性分子检测;其他指纹类型与中国生理小种并无明显对应关系.明确了无毒基因Avr-Pita与AvrPiz-t在吉林省稻瘟菌中的分布情况,构建了无毒基因的指纹类型,为水稻抗瘟育种和稻瘟菌优势小种的分子监测提供理论依据.     

稻瘟菌侵染诱导水稻凝集素基因的表达

利用mRNA差异显示技术（DDRT-PCR）,从非亲和性稻瘟菌生理小种131侵染的水稻品种爱知旭（Oryza sati-vaL.cv.Aichi-asahi)叶片中分离了8个诱导差异表达的cDNA片段,对这8个差示片段进行了回收,重扩增和克隆,以其中一个长度为321碱基并与甘露糖结合水稻凝集素和水稻盐诱导蛋白基因高度同源的差示片段为探针。筛选水稻非亲和性cDNA文库,获得12个阳性克隆。序列测定和数据库查询表明该基因的cDNA与水稻凝集素基因的cDNA及盐诱导蛋白基因的cDNA核苷酸同源笥高达96%。推定的氨基酸序列与甘露糖结合水稻凝集素的氨基酸序列一致。与水稻盐诱导蛋白仅相差2个氨基酸。Southern杂交显示该基因在水稻基因组中有两个同源拷贝数。Northern杂交表明非亲和性稻瘟菌侵染可强烈诱导该基因表达。因此推则该基因参与了水稻对稻瘟菌侵染的防御反应。     

稻瘟菌MgORP1基因敲除突变株的构建及其表型分析

[目的]了解稻瘟病菌中氧固醇结合蛋白(oxysterol-binding proteins related proteins,缩写为ORPs)家族成员组成情况,构建MgORP1基因缺失突变株和互补株,对MgORP1基因功能进行初步研究.[方法]以ORPs家族的典型结构域"ORD"为靶标,对稻瘟病菌基因组数据库进行BlastP搜索.通过同源重组的策略,构建MgORP1基因缺失突变体,再通过重新导入该基因全长片段获得互补株.然后对野生型、突变体和互补株进行菌落、分生孢子和附着胞形态或形成情况、以及致病力进行比较分析.[结果]稻瘟病菌基因组中含有6个可能的ORPs族蛋白,其中MgORP1基因的破坏降低了稻瘟菌在完全培养基上的菌落生长速率和产孢量.但对菌丝、分生孢子和附着胞的形态,以及在水稻上的致病力没有明显影响.[结论]MgORP1基因可能与稻瘟病菌的菌落生长和产孢量相关.     

稻瘟菌突变体T-DNA插入位点的精细定位和插入模式的研究

随机挑取已构建的37个稻瘟菌T-DNA突变株,利用TAIL-PCR技术扩增出T-DNA插入位点的侧翼序列,测序并进行比对分析。结果显示:成功获得扩增产物并测序的序列共有39条,T-DNA边界序列为稻瘟菌序列的有19条,其余20条为载体主干序列。在这有效扩增为稻瘟菌序列的19条中,有10条是T-DNA右侧翼序列与稻瘟菌序列,9条为左侧翼序列加稻瘟菌序列。分析T-DNA剪切位点,10条右侧翼序列中有9条的剪切位点相同,这与农杆菌介导T-DNA转化植物一样。而左边界的剪切位点就没有这种规律性。研究也精细确定了17个不同突变株的T-DNA插入位置,为后续的基因功能研究奠定基础。     

靛红衍生物的合成及其对稻瘟菌的生物活性

以靛红为原料合成了系列3-亚胺基/亚甲基-吲哚-2-酮化合物及其Mannich碱衍生物,研究了它们在抗稻瘟菌方面的活性,发现了这两种类型的若干化合物有较好的抑制稻瘟菌孢子萌发的活性,初步讨论了构效关系。认为1位的羟甲基和胺甲基、3位的亚甲基是药效团,芳基亚甲基苯环上对位取代基、羟基取代基和吸电子取代基不利于活性的提高,邻位的供电子取代基有利于活性的提高。     

稻瘟菌侵染诱导水稻凝集素基因的表达

利用mRNA差异显示技术(DDRT-PCR),从非亲和性稻瘟菌生理小种131侵染的水稻品种爱知旭(Oryza sati-va L. cv.Aichi-asahi)叶片中分离了8个诱导差异表达的cDNA片段.对这8个差示片段进行了回收、重扩增和克隆,以其中一个长度为321碱基并与甘露糖结合水稻凝集素和水稻盐诱导蛋白基因高度同源的差示片段为探针,筛选水稻非亲和性cDNA文库,获得12个阳性克隆.序列测定和数据库查询表明该基因的cDNA与水稻凝集素基因的cDNA及盐诱导蛋白基因的cDNA核苷酸同源性高达96%,推定的氨基酸序列与甘露糖结合水稻凝集素的氨基酸序列一致,与水稻盐诱导蛋白仅相差2个氨基酸.Southern杂交显示该基因在水稻基因组中有两个同源拷贝数,Northern杂交表明非亲和性稻瘟菌侵染可强烈诱导该基因表达.因此推测该基因参与了水稻对稻瘟菌侵染的防御反应.     

水稻受稻瘟菌侵染后发病初期的细胞学反应

采用致病性不同的3个稻瘟菌株接种水稻IR64品种.结果显示在抗性反应中,病菌接种后水稻细胞中形成原生质颗粒,逐渐向病菌侵入部位聚集;原生质浓缩及沉积的形成、细胞坏死与病菌侵染菌丝的受抑制在时间和空间上是一致的.在中度抗性反应中,原生质颗粒化的时间延迟.在感病反应中,尚未观察到水稻细胞质浓缩现象.病菌侵染后寄主细胞在蓝光激发下的自发荧光表明,在寄主细胞中有多酚类物质的产生和积累.抗性反应中稻瘟菌接种后多酚类物质产生早,荧光范围大而强;中度抗性反应中,多酚类物质产生迟,荧光范围小而弱;而在感病反应中,难以观察到寄主细胞的自发荧光.胼胝质、磷脂酶Dγ(phospholipase Dγ,PLDγ)产生和积累的趋势与多酚类积累的情况大致是相似的.不同互作类型寄主细胞中多酚类物质、胼胝质和PLDγ产生和积累的差异表明,这些物质在水稻的抗病性中起了重要作用.     

稻瘟菌糖蛋白激发子(CSBI)的纯化及其鉴定

稻瘟菌（Magnaporthe grisea）ZC1l3菌株97-151a菌丝经离心、超滤、Sephacryl S-100凝胶柱、DEAE-Sepharose FF阴离子交换柱层析,纯化获得糖蛋白激发子CSBI。CSBI经SDS-PAGE后银染显示单一条带,糖,蛋白比例约为9．32。CSBI对非亲和性互作水稻叶片中过氧化物酶的诱导显著高于亲和性互作水稻（P〈0．05）。经N端氨基酸同源序列比对表明,CSBI与MG07877．4推测蛋白的同源性最高。经基质辅助激光解析电离飞行时间质谱鉴定也表明CSBI是该推测蛋白。     

稻瘟病菌分泌蛋白MoCDIE2诱导植物细胞死亡的功能分析

由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是全球最严重的植物真菌病害之一。稻瘟病菌通过分泌效应蛋白进入与植物相互作用界面或转运到植物细胞内,抑制寄主植物的免疫防卫反应,使病原菌成功侵染。通过农杆菌介导的异源表达策略,筛选到能引起非寄主植物烟草细胞死亡的候选效应蛋白MoCDIE2(Cell Death-Inducing Effector)。序列分析表明:MoCDIE2基因编码一个蓖麻毒素B凝集素蛋白;系统发育树构建结果表明MoCDIE2同源蛋白保守存在于丝状真菌中;利用基因敲除的方法获得MoCDIE2的敲除突变体,结果表明MoCDIE2的敲除突变体在菌丝生长和致病性方面与野生型菌株Guy11没有明显差异。     

江西稻瘟病菌稻巨座壳致病性分化年度动态变化

为明确江西水稻种植区稻巨座壳菌（稻瘟病病菌）的年际变化规律,本研究采用7个中国鉴别寄主与30个单基因鉴别品系两套鉴别寄主分别鉴定分析了2006-2018年间从江西37个水稻主要种植县市分离的1 161个稻瘟病单孢菌的生理小种、致病力、致病类型与无毒基因型等。研究结果表明,江西稻瘟病菌可以分成7群49个生理小种,其中ZA、ZB、ZC群为优势种群,ZB13为优势小种,出现频率为18.00%,以毒性较强的强致病力菌株为主;江西稻瘟病菌在生理小种构成、优势小种、致病力年际变化方面均具有3-5年的周期性;江西历年稻瘟病菌的致病类型较为丰富且存在年度差异,菌株致病类型占各年度总菌株数的82.79%-98.21%,优势致病型菌株占当年总菌株的3.57%-5.77%;历年稻瘟病菌的无毒基因个数为24-29个,其中Avr-Pizt、Avr-Piz5、Avr-Pik、Avr-Pik(C)在历年供试菌株中出现频率较高,说明与之相对应的抗瘟基因在江西抗病育种与抗性品种布局中具有较好的应用价值。     

Penetration and Post-Penetration Resistance to Magnaporthe oryzae in Arabidopsis

The rate of entry of Magnaporthe oryzae into the Arabidopsis pen2 quintuple (pen2 NahG pmr5 agb1 mlo2) mutant was significantly higher than those into the pen2 quadruple (pen2 NahG pmr5 agb1 and pen2 NahG pmr5 mlo2) mutants. The lengths of the infection hyphae in the pen2 quintuple mutant were intermediate between the pen2 quadruple mutants. These results suggest that different genetic networks, consisting of PEN2, PMR5, AGB1, and MLO2, control penetration and post-penetration resistance to M. oryzae in Arabidopsis.     

内生细菌B10对稻瘟病菌抑制作用的初步研究

目的:研究内生细菌B10对水稻稻瘟病菌的抑制作用,为菌株的应用提供理论依据。方法:采用菌丝生长速率法、孢子萌发法和田间试验测定内生细菌发酵上清液和菌液对稻瘟病菌的抑制作用。结果:内生细菌B10发酵上清液对稻瘟病菌菌丝生长和孢子萌发有较强的抑制作用,100倍稀释液对菌丝生长的抑制率为79.37%,对孢子萌发的抑制率为63.42%,对稻瘟病的田间防治效果达70.2%以上。结论:内生细菌B10对稻瘟病有较强的抑菌作用。     

A Pid3 allele from rice cultivar Gumei2 confers resistance to Magnaporthe oryzae

Rice blast, caused by Magnaporthe oryzae, is one of the most devastating diseases. Using map-based strategy and in silico approach we isolated a new rice (Oryza sativa L.) blast resistance allele of Pid3, designated Pi25, from a stable blast resistance cultivar Gumei2. Overexpression analysis and complementation test showed that Pi25 conferred blast resistance to M. oryzae isolate js001-20. Sequence analysis showed that Pi25 was an intronless gene of 2772 nucleotides with single nucleotide substitution in comparison to Pid3 at the nucleotide position 459 and predicatively encoded a typical coiled coil-nucleotide binding site-leucine rich repeat (CC--NBS--LRR) protein of 924 amino acid residuals with 100% identity to Pid3 putative protein. The susceptible allele pi25 in Nipponbare contained a nonsense mutation at the nucleotide position 2209 resulting in a truncated protein with 736 amino acid residuals. In addition, 14 nucleotide substitutions resulting in 10 amino acid substitutions were identified between Pi25 and pi25 upstream the premature stop codon in the susceptible allele. Although the mechanism of Pi25/Pid3-mediated resistance needs to be further investigated, the isolation of the allele would facilitate the utilization of Pi25/Pid3 in rice blast resistance breeding program via transgenic approach and marker assisted selection.     

ERECTA contributes to non-host resistance to Magnaporthe oryzae in Arabidopsis

ERECTA controls both developmental processes and disease resistance in Arabidopsis. We investigated the function of ERECTA in non-host resistance to Magnaporthe oryzae in Arabidopsis. In the pen2 er mutant, penetration resistance and post-penetration resistance to M. oryzae were compromised. These results suggest that ERECTA is involved in both penetration and post-penetration resistance to M. oryzae in Arabidopsis.     

稻瘟病菌过氧化物酶体产生与降解的关键基因

过氧化物酶体(peroxisomes)是真核细胞中一类单层膜包被的细胞器,参与多种生化代谢.过氧化物酶体起源于内质网,过氧化物酶体形成相关的蛋白称为Peroxin,其编码基因通常写作PEX.细胞中过氧化物酶体的选择性消解称为过氧化物酶体自噬(pexophagy).参与细胞自噬(autophagy)的基因(ATG)大多参与过氧化物酶体自噬.近年来,丝状真菌中过氧化物酶体形成与降解机制的研究进展迅速,相关基因不断被鉴定.本文对相关研究进行了简要评述,并以稻瘟病菌为例,对丝状真菌基因组中可能的PEX和ATG基因进行了检索.发现稻瘟病菌中存在除PEX15,PEX17,PEX18,PEX21,PEX22,ATG19,ATG25,ATG30和ATG31之外的大多数PEX和ATG基因;同时,还存在多个丝状真菌特有的基因.说明过氧化物酶体的产生与消解在酵母、丝状真菌与哺乳动物之间相对保守,同时又各具特性.     

SOBIR1 contributes to non-host resistance to Magnaporthe oryzae in Arabidopsis

The rate of entry of Magnaporthe oryzae into Arabidopsis pen2 sobir1 plants was significantly higher than that into pen2 plants. The length of the infection hyphae in pen2 sobir1 plants was significantly longer than that in pen2 plants. These results suggest that SOBIR1 is involved in both penetration and post-penetration resistance to M. oryzae in Arabidopsis.     

SOBIR1 and AGB1 independently contribute to nonhost resistance to Pyricularia oryzae (syn. Magnaporthe oryzae) in Arabidopsis thaliana

ABSTRACT

Rice blast caused by Pyricularia oryzae (syn. Magnaporthe oryzae) is a disease devastating to rice. We have studied the Arabidopsis-P. oryzae pathosystem as a model system for nonhost resistance (NHR) and found that SOBIR1, but not BAK1, is a positive regulator of NHR to P. oryzae in Arabidopsis. AGB1 is also involved in NHR. However, the genetic interactions between SOBIR1, BAK1, and AGB1 are uncharacterized. In this study, we delineated the genetic interactions between SOBIR1, BAK1, and AGB1 in NHR to P. oryzae in Arabidopsis and found SOBIR1 and AGB1 independently control NHR to P. oryzae in Arabidopsis pen2-1 mutant plants. Furthermore, XLG2, but not TMM, has a positive role in penetration resistance to P. oryzae in Arabidopsis pen2-1 mutant plants. Our study characterized genetic interactions in Arabidopsis NHR.

Abbreviations: PRR: pattern recognition receptor, RLK: receptor-like kinase, RLP: receptor-like protein, BAK1: BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1, BIR1: BAK1-INTERACTING RECEPTOR-LIKE KINASE 1, SOBIR1: SUPPRESSOR OF BIR1-1-1, AGB1: ARABIDOPSIS G PROTEIN ß-SUBUNIT 1, XLG2: EXTRA-LARGE G PROTEIN 2