荻草谷网蚜唾液蛋白基因Sm13498的克隆及功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi为我国小麦Triticum aestivum主产区麦蚜优势种;Sm13498蛋白是在荻草谷网蚜唾液腺中特异表达的唾液蛋白。本研究旨在探析荻草谷网蚜功能未知的Sm13498在调节植物防御反应中的潜在作用。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组测序数据,PCR克隆Sm13498的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;采用RT-qPCR测定Sm13498在取食小麦叶片不同时间的荻草谷网蚜无翅成蚜中的表达动态;通过酵母分泌系统验证Sm13498蛋白信号肽的分泌功能;利用根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导在本氏烟Nicotiana benthamiana中瞬时表达技术鉴定Sm13498蛋白功能及亚细胞定位。【结果】克隆获得了荻草谷网蚜Sm13498 cDNA全长序列(GenBank登录号：MW346655),开放阅读框(ORF)全长783 bp,编码260个氨基酸,预测蛋白分子量28.01 kD,第1-22位氨基酸为N端信号肽。系统进化树显示,Sm13498与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum的功能未知蛋白LOC100159087precursor(GenBank登录号: NP_001313548.1)亲缘关系最近(氨基酸序列一致性为71.7%)。RT-qPCR结果表明,Sm13498在荻草谷网蚜无翅成蚜取食小麦叶片12 h时表达水平达到最高。含有Sm13498信号肽片段的酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae YTK12可在YPRAA培养基正常生长,并可将无色2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)还原为不可溶的暗红色的氯化三苯基四氮唑(TTF),证实其信号肽具有分泌活性。经根癌农杆菌介导在本氏烟瞬时表达Sm13498蛋白可抑制Bcl-2相关X蛋白(Bcl-2-associated X protein, BAX)及病原菌激发子INF1诱导的程序性细胞死亡。亚细胞定位结果表明,Sm13498-GFP融合蛋白定位于本氏烟叶片细胞膜。【结论】结果说明荻草谷网蚜唾液蛋白Sm13498可抑制植物防御反应。本研究为发掘荻草谷网蚜唾液中效应子, 深入解析麦蚜对小麦品种强适应性奠定了基础。     

荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1的基因克隆及基于HIGS技术的功能分析

【目的】荻草谷网蚜Sitobion miscanthi是我国农业生产中的重大害虫之一，其唾液中存在许多功能各异的效应蛋白，在取食过程中参与蚜虫-植物互作。本研究旨在探索荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1在该蚜虫取食和繁殖过程中的功能，探索其作为沉默靶标用于防治荻草谷网蚜的可行性。【方法】基于荻草谷网蚜唾液腺转录组数据，克隆荻草谷网蚜SmHMp1的cDNA全长序列，并进行生物信息学分析；以RT-qPCR技术测定荻草谷网蚜不同发育阶段(1-4龄若虫以及无翅成蚜)、无翅成蚜不同组织(唾液腺、头、胸、腹、胚胎以及整虫)、不同翅型成蚜(有翅成蚜和无翅成蚜)以及取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的无翅成蚜中SmHMp1基因表达量；以农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的烟草瞬时表达确定SmHMp1蛋白的亚细胞定位；构建大麦条纹花叶病毒(barley stripe mosaic virus, BSMV)重组病毒载体，利用寄主诱导的基因沉默技术(host-induced gene silencing, HIGS)沉默荻草谷网蚜SmHMp1基因后，通过解剖、生命表和刺探电位(elect...     

小麦品种(系)对不同地理种群荻草谷网蚜的抗性

采用田间成株期自然感蚜法和室内苗期接虫法,鉴定12个小麦品种(系)对5个不同地区荻草谷网蚜Sitobion miscanthi(Takahashi)种群的抗性。结果表明,小麦品种(系)室内苗期的抗性表现与田间成株期基本一致;Amigo、KOK、北京837、铭贤169和红芒红对5个地理种群荻草谷网蚜的抗性表现相同,丰产3、中4无芒、JP①、晋麦31、L1、885479-2和小白冬麦对5个地理种群荻草谷网蚜种群的抗性表现则存在差异。研究表明我国荻草谷网蚜对抗蚜作物品种具有致害性分化。     

Resistance of wheat varieties (lines) to the different geographic populations of Sitobion miscanthi

采用田间成株期自然感蚜法和室内苗期接虫法,鉴定12个小麦品种(系)对5个不同地区荻草谷网蚜Sitobion miscanthi (Takahashi)种群的抗性.结果表明,小麦品种(系)室内苗期的抗性表现与田间成株期基本一致;Amigo、KOK、北京837、铭贤169和红芒红对5个地理种群荻草谷网蚜的抗性表现相同,丰产3、中4无芒、JP①、晋麦31、L1、885479-2和小白冬麦对5个地理种群荻草谷网蚜种群的抗性表现则存在差异.研究表明我国荻草谷网蚜对抗蚜作物品种具有致害性分化.     

河南新乡小麦区荻草谷网蚜的冬季耐寒性研究

为给荻草谷网蚜Sitobion miscanthi的准确预测预报提供理论依据,本研究利用过冷却点(Supercooling point,SCP)、低温暴露死亡率和冷识别温度(80％死亡率时的温度)等昆虫耐寒性指标评价低温条件下不同发育阶段该虫的耐寒能力.结果表明,荻草谷网蚜各发育阶段的SCP变化范围为-27.10～-12.23℃,SCP为1龄若蚜>2龄若蚜>有翅孤雌成蚜>无翅孤雌成蚜>4龄若蚜>3龄若蚜,其中1龄和2龄若蚜的SCP均显著高于3龄和4龄的SCP(P<0.01),3龄和4龄若蚜的SCP无显著性差异(P>0.05),无翅孤雌成蚜与其它发育阶段蚜虫的SCP均无显著性差异(P>0.05);两种虫态的低温存活率和冷识别温度分析表明,在-10～-8℃不同低温下,荻草谷网蚜1龄若蚜低温存活率均显著高于初羽化有翅成蚜的低温存活率(P<0.05),1龄若蚜和初羽化有翅成蚜的冷识别温度分别为-8.5℃和-7.9℃;两种虫态在0℃经过4 h冷驯化后,1龄若蚜和初羽化有翅成蚜在2 h的存活率提升最高,分别为62％和64％,均显著高于无冷驯化的对照组(P<0.05).本研究结果充分说明了荻草谷网蚜具有极强的耐低温适应能力,结合河南新乡近5年冬季极端低温数据,本文推测该虫能在冬季极端低温高于其冷识别温度的年份在当地越冬.     

农杆菌菌株及其侵染浓度和时间对基于菜豆黄矮病毒表达载体瞬时表达外源基因的影响

以3种常见的农杆菌菌株(GV3101、EHA105、LBA4404)和基于菜豆黄矮病毒的复制型植物表达载体为材料,利用农杆菌介导的瞬时转化技术,将外源绿色荧光蛋白(GFP)基因导入本氏烟(Nicotiana benthamiana L.)叶片中实现瞬时表达,并对不同农杆菌菌株、侵染浓度及侵染时间对于瞬时表达水平的影响进...     

马铃薯Y病毒CP基因RNAi载体构建与干涉效果测定

RNA沉默(RNAi)介导的植物抗病毒研究是近年来引起广泛关注的一项植物抗病毒基因工程策略.马铃薯Y病毒(PVY)在世界范围内引起马铃薯、烟草等重要经济作物的病害,并且造成严重的经济损失.本文以PW的外壳蛋白(CP)基因为模板扩增300 bp和354 bp两个片段,正向和反向分别插入植物表达载体pROKⅡ的35S启动子下游,从而构建了以PVY的CP基因为靶标的RNAi植物表达载体pROKY300,转入农杆菌EHA105中,以农杆菌渗入法在本氏烟中瞬时表达与PVY CP同源的hairpin RNA.结果表明,瞬时表达的hairpinRNA有效干涉了PVY侵染.     

丹参bHLH转录因子基因SmMYC2的克隆和表达分析

MYC2是植物茉莉酸类激素响应途径中的核心转录因子,在植物防御反应、次生代谢调控及生长发育过程中均有重要的调控作用。基于丹参转录组和基因组survey序列,本研究克隆了丹参转录因子MYC2的基因序列,并命名为Sm MYC2(Gen Bank No.KJ945636)。Sm MYC2基因的c DNA序列长度为1910 bp,开放阅读框(ORF)的长度为1809 bp,编码602个氨基酸,无内含子;该基因编码蛋白与烟草、番茄等植物的MYC2蛋白具有较高的同源性;Sm MYC2蛋白无跨膜结构域、信号肽等结构。实时荧光定量PCR检测结果显示,Sm MYC2在丹参的根、茎、叶、花中均有表达,并且在根和茎中的表达量更高;此外,该基因表达受茉莉酸甲酯、光和机械损伤的诱导,但受赤霉素的抑制。本实验结果为进一步探讨Sm MYC2基因在丹参中的生物学功能奠定了基础。     

有翅型荻草谷网蚜的田间扩散飞行行为

研制了NJZ06粘性黄纸诱捕器,用于对有翅型荻草谷网蚜Macrosiphum(Sitobion) miscanthi(Takahashi)在田间的扩散行为的试验研究;黄色诱板上诱集的蚜虫以微小昆虫自动计数系统计数;试验在北京郊区麦田中进行。结果显示,距地面120cm的高度诱蚜量最多,平均诱蚜数达到573.0头/板,与其他高度诱蚜量差异显著;面朝南的诱板诱蚜量居各朝向之首,平均诱蚜数272.5头/板。生态因子对有翅蚜的扩散飞行有一定的影响,但不是决定性的。     

辣椒疫霉质外体疏水小蛋白SCR82编码基因的转录特征、异源表达和功能

【目的】分析PcF/SCR质外体疏水小蛋白SCR82编码基因在辣椒疫霉生长发育和侵染寄主阶段的转录特征,克隆其cDNA和基因组全长序列,分析蛋白性状及其序列保守性,利用大肠杆菌表达并获得纯化蛋白,分析其生物学功能。【方法】提取辣椒疫霉菌丝、游动孢子囊、游动孢子、萌发休止孢和7个侵染时间点(1.5、3、6、12、24、36、72 h)的本氏烟根部总RNA,利用半定量RT-PCR分析scr82的转录表达水平;通过高保真PCR从萌发休止孢cDNA和基因组DNA中克隆出该基因全长序列;利用软件对SCR82进行生物信息学分析,挖掘其他物种中的同源序列,预测蛋白性状;将c DNA全长序列克隆到含6×His-SUMO序列的p ET28a(+)中,在不同温度(22、37°C)和IPTG浓度(0.1、0.2、0.5、1.0 mmol/L)组合条件下利用大肠杆菌Rossette 2菌株表达该蛋白,利用Ni~(2+)亲和层析柱纯化蛋白;将蛋白浸润本氏烟和拟南芥叶片,分析它是否引起植物细胞死亡,蛋白浸润12、24h后利用RT-qPCR分析本氏烟中3个抗性相关基因(NbMC1、NbSOD、NbPOX)的表达量变化。【结果】scr82基因在辣椒疫霉萌发休止孢和侵染寄主阶段上调表达;该基因为辣椒疫霉中单拷贝基因,不含内含子,开放阅读框为249 bp;预测其编码82个氨基酸,包含长度为21个氨基酸的信号肽序列和7个半胱氨酸但不含有任何已知功能域,蛋白疏水性强,二级结构主要为α-螺旋和不规则卷曲,在疫霉菌中保守;含重组质粒的菌株在22°C经0.2 mmol/L的IPTG诱导过夜(～16 h)产生大小约24 kDa的融合蛋白,纯化获得30 mg/mL的可溶性蛋白;融合蛋白不引起本氏烟和拟南芥叶片的细胞死亡,但导致本氏烟抗性相关基因均上调表达。【结论】本研究获得了辣椒疫霉胞外疏水小蛋白SCR82的原核表达蛋白,该蛋白不引起植物细胞死亡,但触发植物的防卫反应。     

本氏烟PP2A亚基基因的表达模式和克隆

蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)由结构亚基A、催化亚基C和调节亚基B组成,控制生物体内多种生命代谢过程,但目前尚不清楚其在植物抗病中的作用。本研究利用拟南芥、普通烟草、番茄和水稻PP2A的亚基序列,比对分析获得本氏烟(Nicotiana benthamiana)中对应的亚基序列。利用实时定量RT-PCR技术,分析了6个亚基基因在辣椒疫霉侵染本氏烟阶段(灌根后8、24、72 h)以及2个结构亚基基因在本氏烟不同组织部位(根、茎、叶、花和种子)中的转录水平。结果发现,在病原物侵染时,多数基因均显著上调表达,Nb PP2Ac-4在侵染阶段的表达量显著高于其他基因;2个结构亚基基因(Nb PP2Aa-1和Nb PP2Aa-2)在茎、叶、花和种子中的表达量均显著高于在根部中的表达量。克隆获得本氏烟和辣椒中2个结构亚基基因的全长c DNA序列,它们的二级结构主要为α和η螺旋,含有保守的功能域,与其他植物和人的结构亚基具有很高的同源性。     

假马鞭曲叶病毒和中国胜红蓟黄脉病毒C4蛋白是RNA沉默的抑制子

为了研究中国胜红蓟黄脉病毒(Ageratum yellow vein Chin virus,AYVCNV)和假马鞭曲叶病毒(Stachytarpheta leafcurl virus,StaLCV)C4蛋白的功能,利用烟草脆裂病毒(Tobacco rattle virus,TRV)载体在本氏烟(Nicotianabenthamiana)中分别表达了这两种病毒的C4蛋白,结果发现它们均能在本氏烟中引起类似于病毒侵染的症状,推测AYVCNV和StaLCV的C4蛋白是病毒的致病因子;在RNA沉默的抑制试验中,AYVCNV和StaLCV的C4蛋白均能够在表达gfp基因的转基因本氏烟(16c)上抑制由gfp基因正义链引起的基因沉默的建立,证明它们都是RNA沉默的抑制子。     

植物中指导RNA偶联转录调控因子抑制基因表达研究

本研究建立了一种简单、精确和高效的新型抑制植物基因表达的技术体系。将绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)、指导RNA(guide RNA,g RNA)和编码转录抑制因子与噬菌体外壳融合蛋白的三种基因构建到植物表达载体中。利用农杆菌介导的植物瞬时表达技术侵染本氏烟草。研究显示gfp基因在烟草叶片中的表达受到显著抑制,抑制率达到36.2%。此系统可运用于对其他基因进行基因调控,由于只需要改变g RNA,而其他组成原件保持不变,因此该技术具有操作简单及广泛的适应性等特点。为在植物基因组中精确抑制基因表达提供了有效的工具。     

吸虫塔诱捕的昆虫种类及对麦蚜的监测效果研究

在河南省原阳县河南省农科院试验基地安装了吸虫塔(suction trap),2009-2010连续2年在该地区进行了昆虫诱捕及麦蚜监测,并对诱捕到的麦蚜数量动态,以及吸虫塔和黄色粘板监测的比较进行了分析。结果显示:该吸虫塔对多种小型昆虫有很好的诱捕效果,在2009年和2010年分别诱捕到了8目39科58种和8目37科61种的小型昆虫,数量较多的主要集中在双翅目、半翅目、膜翅目等。该吸虫塔对麦蚜起到了很好的监测效果,2009年麦蚜始见期比2010年早,2009年麦蚜的优势种为禾谷缢管蚜Rhopalosiphum padi(L.),2010年是荻草谷网蚜Sitobion miscanthi(Takahashi),2009年麦蚜大量发生和高峰期出现的较早,禾谷缢管蚜分别在5月1日,5月13日,5月19日到达高峰,5月19日以后数量急剧减少;2010年麦蚜大量发生和高峰期出现的相对较晚,荻草谷网蚜在5月3日、5月7日、5月19日和5月31日出现4个高峰,5月31日以后蚜量才骤减。对白天不同时段诱捕的蚜量分析可知,麦蚜在早晨和傍晚飞翔活动相对较强。吸虫塔与黄色粘板监测的相关性分析表明,吸虫塔诱集麦蚜的数量动态与黄板诱集的数量动态趋势基本一致,吸虫塔诱蚜量与黄板蚜量具有较好的相关性,但吸虫塔诱集麦蚜出现高峰期早于黄色粘板。     

过量表达马铃薯ataxin-3可增加泛素积累并反向调控本氏烟生长

动物细胞中ataxin-3与泛素特异结合,通过去泛素化阻止蛋白质水解;基因组注释预测ataxin-3同源物存在于植物中,但到目前为止尚未见植物ataxin-3基因功能的研究报道;本研究克隆了马铃薯(Solanum tuberosum) ataxin-3编码基因StAX c DNA,转化StAX于本氏烟(Nicotiana benthamiana)基因组,筛选获得StAX过量表达株系stax-9;测定结果显示,stax-9叶片ataxin-3、UBI 3和CDC48 mRNA积累显著增加,stax-9叶片ataxin-3、寡聚泛素和总蛋白积累分别比WT株系增加了138%、81%和38%,而赤霉素含量仅是WT的1/6;研究结果表明,ataxin-3本氏烟体内过量表达,显著增强了泛素转录和翻译,增加了总蛋白积累,减少了赤霉素积累,导致半矮化表型;结论认为植物ataxin-3通过正向调控泛素和蛋白积累,反向调控生长;本研究为植物ataxin-3功能的进一步理解提供依据。     

本氏烟Ⅰ型启动子的克隆及其转录起始位点分析

启动子是转录水平上一个重要的调控元件,其决定着基因的表达模式和表达强度。Ⅰ型启动子具有高转录活性和种属间特异性等特点。如将其应用于植物RNA病毒载体表达系统,有利于提高表达系统的表达效率和生物安全性。本氏烟(Nicotiana benthaminana)是一种被广泛地应用于植物生物反应器和植物病理学的模式生物,但是现有核酸数据库中尚没有其Ⅰ型启动子的相关信息。因此,克隆本氏烟Ⅰ型启动子并分析其转录起始位点就具有重要的应用价值。通过半巢式PCR获得了514 bp的本氏烟Ⅰ型启动子序列(KC352713);生物信息学分析初步预测其转录起始位点位于其核心序列TATA(G)TA(N)GGGGG中的第3位A处;通过植物RNA病毒表达载体和5'RACE技术在体内验证本氏烟Ⅰ型启动子转录起始位点与生物信息学预测结果一致。研究结果为深入研究Ⅰ型启动子和构建Ⅰ型启动子介导转录的植物RNA病毒载体表达系统奠定了基础。     

不同载体和农杆菌对苜蓿瞬时表达影响的研究

苜蓿(Medicago sativa)是重要的牧草类植物,为了在苜蓿中有效地实现外源基因的瞬时表达,该研究以绿色荧光蛋白(GFP)作为报告基因,以本氏烟草(Nicotiana benthamiana)作为对比,研究了2种不同的表达载体(非复制型载体和基于菜豆黄矮病毒的复制型载体)、2种不同类型的根癌农杆菌菌株(Agrobacterium tumefaciens)(LBA4404和EHA105)对苜蓿叶片瞬时表达水平的影响。结果表明,LBA4404与复制型载体的组合(revector/LBA4404)可在苜蓿叶片中有效地实现GFP的瞬时表达。进一步地,研究了re-vector/LBA4404的浓度和侵染后时间对苜蓿叶片瞬时表达的影响。观察显示,随着re-vector/LBA4404菌悬液浓度或侵染后时间的增加,GFP在苜蓿叶片中的瞬时表达水平呈现出先升后降的趋势。菌悬液浓度为1.0(OD₆₀₀)时,GFP瞬时表达水平最高;侵染后时间为5～7 d时,GFP瞬时表达水平达到峰值。相较于本氏烟草叶片,在苜蓿叶片中实现最高水平的瞬时转化需要更高浓度的农杆菌和更长的侵染后孵育...     

应用吸虫塔对麦田冠层上部空间节肢动物群落结构及时序动态的研究

在中国首次应用吸虫塔( suction trap)进行农田生态系统节肢动物群落调查和多样性分析.2010年4月7日-6月2日在河南省原阳县小麦田开展了吸虫塔采集节肢动物群落的研究.结果表明:在小麦冠层上部空间的节肢动物群落组成较为丰富,共采集有8目38科64种;不同时间优势集中性较高的种群均集中在双翅目和半翅目,其次是鞘翅目和膜翅目.其中采集的优势昆虫种类为:半翅目的荻草谷网蚜(Sitobion miscanthi)、禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)、双翅目的瘿蚊科(Cecidomyiidae)、摇蚊科(Chironomidae)、膜翅目的蚜茧蜂(Aphidiidae)等.从昆虫多样性分析来看,物种丰富度、总数量以及多样性指数随时间而变化,基本呈逐渐上升趋势,但均匀度变化趋势不明显.主要害虫与天敌盛发期在5月1日以后,蚜茧蜂盛发期比其寄主麦蚜迟10 ～20 d.     

双管基因枪介导的基因瞬时表达技术在拟南芥中的应用

基因瞬时表达是植物中研究目标基因功能的常用手段。在模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,相比原生质体和农杆菌介导的基因异源表达技术,利用粒子轰击进行基因瞬时表达一直鲜有报道。其主要原因是拟南芥叶型相对较小、基因枪操作相对烦琐以及基因表达效率差异较大。该研究通过优化双管基因枪系统,在营养生长旺盛的拟南芥莲座叶中实现GFP和GUS基因高效表达。同时,通过GUS报告基因明确了坏死诱导因子BAX、Avh238和ATR13/Rpp13激发拟南芥细胞坏死的表型。但在本氏烟(Nicotianabenthamiana)中明显诱导细胞坏死的Avrblb1/RB基因对,在拟南芥中却丧失了诱导细胞坏死的活性。由于双管基因枪系统每次轰击时设置平行对照,可有效降低转化实验中的样本变异度,为拟南芥及其突变体研究中准确评价基因功能和高通量筛选目标基因提供新的技术参考。     

香蕉MaROP1基因表达产物的亚细胞定位

植物类Rho相关G蛋白(Rho-related GTPases from plants,ROP)属于小G蛋白超家族,是高等植物体内广泛存在的一类重要信号分子,在植物生长发育过程中起着关键的调控作用.本实验室从香蕉果实采后抑制差减杂交文库中获得一个香蕉ROP基因,命名为MaROP1.半定量RT-PCR表明该基因在香蕉的根、球茎、叶、花和果实中的表达存在差异,其中在球茎中的表达量最高且与其它器官的表达差异显著.为进一步研究该基因的功能,构建了以绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)为报告基因的融合植物表达载体pCAMBIA1302-MaROP1,并利用基因枪转化法将重组载体转入洋葱表皮细胞瞬时表达,荧光显微镜检测表明该基因表达产物定位在细胞膜上.