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。     

昆虫口腔分泌物效应子及其在害虫防治中基于RNAi技术的应用展望

昆虫口腔分泌物(oral secretion, OS),又称返吐液,是昆虫唾液腺分泌的唾液和肠道分泌物的混合液。昆虫取食寄主植物过程中,OS随之分泌至植物中,并影响植物的防御反应。RNA干扰(RNAinterference, RNAi)是研究昆虫基因功能有价值的反向遗传学工具,也是目前最有可能应用于害虫防治的新技术。本文主要综述了昆虫OS对寄主植物防御的影响、昆虫OS效应子的鉴定和OS效应子基于RNAi技术在害虫防治中可行性及应用前景。昆虫OS对寄主植物防御的影响主要表现为干扰植物的茉莉酸信号通路、筛管阻塞、Ca²⁺通路等防御反应,进而促进昆虫摄取食物。目前,昆虫OS效应子主要鉴定手段是通过昆虫唾液腺转录组分析和OS蛋白组分析;而已鉴定的OS效应子主要来源于刺吸式口器昆虫,在咀嚼式口器昆虫中的报道甚少;功能研究发现昆虫OS效应子在寄主植物中的表达会影响昆虫存活率、繁殖力和取食能力及昆虫和植物的其他重要生理指标,并通过鉴定OS效应子与植物防御机制的相互作用关系,进而证明OS效应子在昆虫与寄主植物关系中的重要性。基于RNAi技术,通过注射、饲喂和植物介导RNAi等方法在多种昆虫中产生了OS效应子基因下调和生长发育受影响的现象,由此说明OS效应子基因已具备作为RNAi靶标的条件。虽然目前研究尚处于实验室阶段,但已证明其应用于害虫防治方面具有一定的可行性。昆虫口腔分泌物是研究昆虫与寄主植物相互作用机制的新方向。最后,对OS未来潜在的研究方向进行了展望,以期对我国害虫防治的研究提供理论指导。     

黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳林的根系形态及生长特征

为探讨黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳根系形态及生长特征,以山东省滨州港附近滨海滩涂的低密度（1100株/hm²）、中密度（4100株/hm²）和高密度（7100株/hm²）柽柳林为研究对象,采用全挖法对不同密度柽柳根系进行挖掘,测定分析柽柳地上生物量、根系生物量、空间分布特征、拓扑结构和连接长度等指标。结果表明：（1）中、高密度下,柽柳对根系生长的投入量更大,以保证对地下资源的吸收利用,根冠比分别为0.59、0.53;而低密度柽柳根冠比为0.44。（2）低、中密度下柽柳根冠生长关系均表现为异速生长,高密度下为等速生长。（3）不同密度柽柳根系生长都以水平分布为主,表现出水平根型特征。中、高密度柽柳根幅及侧根长均小于低密度,低密度柽柳根系水平分布范围最大,可利于增强觅养和固定能力。（4）林分密度与拓扑指数显著相关,低密度柽柳根系拓扑结构趋向于叉状结构（拓扑指数TI=0.62）;中、高密度柽柳拓扑结构趋向于鱼尾形分支（TI=0.86;TI=0.81）。（5）不同密度柽柳根系外部连接长度显著大于内部连接长度,呈现滨海滩涂柽柳根系向外扩张的生长策略。滨海滩涂不同密度柽柳根冠异速生长关系、根系形态及生长特征既有差异性又有相似性,表现出不同的密度适应特征。不同密度柽柳根系均以地表分布、向外扩张为主。低密度柽柳主要通过增加分支,扩大根系生长空间;中、高密度柽柳减少分支,加强对内部资源的利用,以降低与邻株间的竞争。柽柳密度与土壤含水量、电导率、扎根深度、侧根长、拓扑指数显著相关。     

黄曲霉Ste50衔接子蛋白对生长发育及致病性的影响

[目的] Ste50是真菌中重要的衔接子蛋白,在多个MAPK级联通路中起重要的信号衔接与传递作用。本研究鉴定出了黄曲霉AflSte50蛋白,并发现了其对黄曲霉的生长、产孢、致病能力和响应渗透压胁迫等方面的影响。[方法] 首先通过生物信息学方法在黄曲霉NRRL 3357中鉴定出ste50基因,并通过同源重组的方法构建了ste50基因的敲除和互补突变体菌株。而后,对基因敲除在黄曲霉生长发育、次级代谢产物合成和胁迫响应等方面的作用进行了研究。[结果] 与野生型相比,△Aflste50菌株生长速度和AFB₁合成量降低且不能产生菌核,同时对花生、玉米种子的致病能力下降。该基因在渗透胁迫条件下正调控MAP激酶的磷酸化水平,但对细胞壁胁迫无响应。[结论] Ste50（AFLA_002340）是黄曲霉衔接子蛋白,影响黄曲霉的生长、发育和AFB₁的合成,能够响应渗透压胁迫,在HOG通路中发挥作用。     

土壤水分对土壤产生气态氮的厌氧微生物过程的影响

气态氮[一氧化氮(NO)、氧化亚氮(N₂O)和氮气(N₂)]的释放是土壤氮损失的一种重要途径。硝化和反硝化作用是土壤气态氮损失的主要微生物过程,但是异养硝化作用、共反硝化作用和厌氧氨氧化过程对土壤气态氮损失的贡献尚不清楚。本研究利用¹⁵N标记和配对法,结合硝化抑制剂双氰胺(DCD),通过土壤培养试验来量化厌氧条件下各种微生物过程对NO、N₂O和N₂产生的贡献。结果表明: 在厌氧条件下培养24 h后,土壤孔隙含水率为65%时,3种气体总的¹⁵N回收率最高,占加入¹⁵N总量的20.0%。反硝化过程对NO、N₂O和N₂产生的贡献率分别为49.9%～94.1%、29.0%～84.7%和58.2%～85.8%,是产生3种气体的主要过程。异养硝化过程也是产生NO和N₂O的重要过程,特别是在土壤孔隙含水率很低时(10%)对两种气体产生的贡献率分别为50.1%和42.8%。,共反硝化过程对N₂O产生的贡献率为10.6%～30.7%,共反硝化和厌氧氨氧化过程对N₂产生的总贡献率为14.2%～41.8%,表明共反硝化过程在N₂O和N₂产生中的作用不可忽视。¹⁵N标记和配对法是区分气态氮损失的各种微生物过程的有效手段。     

引入新型异戊二烯醇利用途径促进解脂耶氏酵母中β-胡萝卜素的合成*

目的:微生物体内异戊二烯类化合物的前体物异戊烯焦磷酸酯的天然合成路径受到严格的代谢调控,因此限制了异戊二烯类化合物的高效生物合成,而新型异戊二烯醇利用途径独立于生物体内源性代谢路径,通过在微生物中引入IUP能够进行异戊烯焦磷酸酯的大量合成,从而促进异戊二烯类化合物的大量合成。方法:在油脂酵母解脂耶氏酵母中引入IUP,强化异戊烯焦磷酸酯生物合成,促进β-胡萝卜素的高效积累。结果:通过生物信息学的方法预测IUP中两个关键蛋白酿酒酵母来源的胆碱激酶ScCK和拟南芥来源的异戊烯磷酸激酶AtIPK,均为酸性亲水性蛋白,无跨膜区和信号肽,二者都具有疏松不稳定的结构特征,显著富集于磷酸类物质的合成通路中。在解脂耶氏酵母中利用同源重组技术引入外源β-胡萝卜素合成关键基因carRP和carB,强化甲羟戊酸途径的关键基因thmgR和ggs1,使工程菌株中积累2.68 mg/L β-胡萝卜素。通过Cre-loxP系统回收基因组上的ura标签,再将IUP进一步整合到工程菌株染色体上。当培养基中含有20 mM异戊二烯醇作为底物、碳氮比为4/3且发酵96 h后,重组解脂耶氏酵母中β-胡萝卜素的产量提高到410.2 mg/L,较原始工程菌的产量提高了近200倍。结论:IUP能够促进解脂耶氏酵母中β-胡萝卜素的高效积累,为利用IUP开展β-胡萝卜素和其他异戊二烯类化合物的高效生物合成提供新思路。     

针叶树病原菌异担子菌属的物种多样性及相关检疫建议

异担子菌属Heterobasidion种类是北半球针叶树最严重的森林病原菌,在世界范围内能侵染27种针叶树,对欧洲和北美洲的经营林已造成重大损失。基于传统形态学研究,认为异担子菌属有2个种,即多年异担子菌H. annosum和岛生异担子菌H. insulare,然而单孢交配实验研究证明2个种为复合种。分子系统发育分析研究表明：异担子菌属包括15个种,其中5个种为森林病原菌[冷杉异担子菌H. abietinum、多年异担子菌（狭义）H. annosum s. str.、变孔异担子菌H. irregulare、西方异担子菌H. occidentale和小孔异担子菌H. parviporum];10个种为腐生菌（淀粉孢异担子菌H. amyloideum、南洋杉异担子菌H. araucariae、阿曼德异担子菌H. armandii、南方异担子菌H. australe、岛生异担子菌H. insulare、林芝异担子菌H. linzhiense、东方异担子菌H. orientale、拟岛生异担子菌H. subinsulare、拟小孔异担子菌H. subparviporum和西藏异担子菌H. tibeticum）。多年异担子菌（狭义）H. annosum s. str.、小孔异担子菌H. parviporum和冷杉异担子菌H. abietinum分布于欧洲,分别是松属、云杉属和冷杉属林木的病原菌。变孔异担子菌H. irregulare和西方异担子菌H. occidentale分布于北美洲,前者侵染松属和柏属树木,后者侵染冷杉属、铁杉属、黄杉属和巨杉属树木。虽然广义的多年异担子菌H. annosum sensu lato曾在我国报道,但基于目前研究结果表明该种为拟小孔异担子菌H. subparviporum。目前世界上最具侵染力的5种病原菌即狭义的多年异担子菌H. annosum s. str.、小孔异担子菌H. parviporum、冷杉异担子菌H. abietinum、变孔异担子菌H. irregulare和西方异担子菌H. occidentale还未在我国发现,也未列为对外检疫对象,因此建议将其列为进境植物检疫性有害生物。RNA聚合酶II大亚基序列（RPB1）在异担子菌属种类鉴定中敏感性和特异性最高,研究证明该分子方法可应用于鉴别不同异担子菌种类的有效基因标记,在海关部门进行原木和木质产品的检疫中可运用该分子标记进行林木病原异担子菌的检测。     

蛹虫草原基分化的差异蛋白质组学研究

蛹虫草子实体形成及发育的蛋白分子机制尚不清楚,本研究引入SWATH非标记定量蛋白质组学技术,对蛹虫草Cordyceps militaris 905菌株的菌丝体（mycelium,My）、原基（primordium,Po）、生长期子实体（developmental fruiting body,DF）和成熟期子实体（mature fruiting body,MF）进行了比较蛋白质组学分析。经搜库比对,从蛹虫草的My、Po、DF和MF中依次鉴定蛋白1 136个、1 090个、1 018个和997个（global FDR 1%）,经维恩分析后获得C. militaris 905蛹虫草表达蛋白1 578个。在此基础上,SWATH非标记技术定量蛋白1 109个。本研究获得了蛹虫草Po期与My期、DF期与Po期、MF期与DF期的差异表达蛋白,依次为115个、352个和104个,并对菌丝体分化形成原基的差异表达蛋白进行了重点解析。GO注释结果表明,Po期与My期差异表达蛋白以有机含氮类化合物代谢为主,其中AMP（活性成分虫草素合成的中间产物）从头生物合成途径富集最为显著。约1/5的差异表达蛋白参与氧化还原反应,还原酶活性的蛋白在原基中几乎都上调表达,而氧化功能的蛋白受到抑制,表明蛹虫草原基分化可能受到氧化应激的诱导。蛋白互作网络分析结果进一步表明,氧化还原反应与核苷类物质代谢相关联,可能通过影响AMP从头生物合成途径来调控虫草素的生物合成。对蛹虫草子实体系统的蛋白质组学研究和解析有利于揭示子实体形成的蛋白分子机制,为蛹虫草的基础和栽培研究提供了理论支撑。     

培菌白蚁与鸡枞菌研究进展

培菌白蚁起源于非洲,蚁巢内具有复杂的社会分工.培菌白蚁依靠独特的蚁巢结构维持内部稳态和气体循环.菌圃是白蚁培育鸡枞菌的场所.鸡枞菌隶属于担子菌亚门,但其传播方式和生活史具有区别于其它担子菌的特点.鸡枞菌协助白蚁进行植物纤维的消化,白蚁则为鸡枞菌提供合适的生长环境,并控制鸡枞菌的遗传结构.培菌白蚁和鸡枞菌形成紧密的共生关系,二者缺少任何一方都不能独立生存.本文综述了培菌白蚁的分类、品级、蚁巢结构,鸡枞菌的传播方式和生活史,白蚁与鸡枞菌的共生关系等,以期望为培菌白蚁生物学及鸡枞菌的研究提供有益参考.     

Response of resource allocation of Saussurea leontodontoides during its fruiting stage to the elevation

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。