低纬高原甘蔗中后期灾害性真菌病害综合防控技术系统构建

针对低纬高原甘蔗中后期灾害性真菌病害防控难题,在明确甘蔗中后期灾害性真菌病害种类及病原种类、地理分布、危害损失和灾害特性的基础上,提出利用“早期诊断预警、抗病品种、温水脱毒种苗、农艺调控、无人机飞防、生物制剂及复合高效配方药剂”等构建低纬高原甘蔗中后期灾害性真菌病害综合防控技术系统。同时,从病害流行动态精准监测技术、抗病基因挖掘与利用技术、抗病精准评价技术、生防制剂和复合高效药剂配方及施药技术和飞防施药技术等方面系统剖析了实现甘蔗中后期灾害性真菌病害综合防控系统构建的关键技术方法。2021~2022年该技术在低纬高原云南8个甘蔗主产州市累计推广应用32.3万hm^(2)(无人机飞防6.7万hm^(2)),共挽回甘蔗损失388万t,增加蔗糖49.7万t,新增销售额42.09亿元,新增利润13.24亿元,增税1.99亿元,经济、社会和生态效益显著,为低纬高原蔗糖业可持续高质量发展、减损增效提供了技术支撑,为边疆民族经济发展和农民增收及乡村振兴做出了重大贡献。

广西甘蔗褐条病病原菌鉴定与杀菌剂敏感度测定

[目的]明确广西甘蔗褐条病的致病菌,为科学有效防控甘蔗褐条病提供参考依据。[方法]利用植物组织分离法从广西甘蔗褐条病发病植株中分离纯化菌株,通过致病性测定、形态学观测及rDNA-ITS、GAPDH、LSU和EF-1α多基因系统发育分析鉴定病原菌,并在室内使用菌丝生长速率法测试该病原菌对9种杀菌剂的敏感度。[结果]从甘蔗褐条病病叶中分离出1株病原真菌,编号为GHT-01,其菌落呈棕色或黑色,有少量白色气生菌丝;孢子单生或丛生,直或略弯曲,孢子为3隔4细胞,第3个细胞相较其他细胞更大、颜色更深,分生孢子大小为12.3~24.1μm×5.2~12.8μm;多位点序列分析结果显示其与Curvularia lunata的模式菌株(CBS730.96,CBS157.34)聚为一支;科赫式法则(Koch’s rules)测定结果表明,病原菌接种健康新鲜甘蔗叶片后表现的症状及从接种发病的叶片上再分离获得的病原菌,其分生孢子形态特征均与最初分离到的病原菌菌株一致。因此,鉴定该病原菌为新月弯孢菌(C.lunata)。9种杀菌剂对该病原菌的室内敏感度测定结果表明,40%苯甲·吡唑醚乳油和45%咪鲜胺水乳剂对病原菌的抑菌效果较好,其抑制中浓度(EC_(50))分别为1.43和1.54μg/mL,60%唑醚·代森联水分散粒剂的抑菌效果较差,其EC_(50)达205.82μg/mL。[结论]在广西发生的甘蔗褐条病病原菌为新月弯孢菌,且为首次报道,筛选出对该病原菌抑菌效果较好的杀菌剂分别为40%苯甲·吡唑醚乳油和45%咪鲜胺水乳剂。

甘蔗类钙调素ScCML13与SCMV运动蛋白P3N-PIPO的互作研究

类钙调素(Calmodulin-like,CML)是植物特有的钙信号感受器蛋白之一,参与植物生长发育和响应外界环境信号转导。甘蔗(Saccharum spp.hybrid)中CML应答甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus,SCMV)侵染尚未见报道。本研究从甘蔗热带种Badila(S.officinarum)中克隆了一个CML基因,命名为ScCML13。该基因开放读码框(open reading frame,ORF)长度为519 bp,编码172 aa。生物信息学分析表明,ScCML13属于稳定的亲水脂溶蛋白,无跨膜结构域,有4个结合Ca2+的EF-hand结构域;系统进化树分析表明,该蛋白在单子叶和双子叶植物中及单子叶C3和C_(4)植物中具有明显分化;酵母双杂交(yeast two-hybrid,Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation,BiFC)试验表明,ScCML13与SCMV的运动蛋白P3N-PIPO互作。亚细胞定位试验表明ScCML13定位于内质网和细胞核。共定位试验发现ScCML13会干扰SCMV-P3N-PIPO的质膜(plasma membrane)或胞间连丝(plasmodesmata)定位。实时荧光定量PCR(Real Time Quantitative PCR,RT-qPCR)分析发现,ScCML13基因主要在甘蔗叶片中表达,在节间和根中的相对表达量低;ScCML13基因在感染SCMV后2 h显著上调,随后下调至与对照组相比的水平,而在感染后期上调。

甘蔗条点病毒荧光定量PCR检测方法的建立及应用

【目的】建立一种快速、灵敏、特异的检测甘蔗条点病毒(sugarcane striate virus,SStrV)的SYBR Green I荧光定量PCR方法。【方法】从SStrV基因组保守区域序列设计特异性扩增引物,构建含有SStrV基因组序列的重组质粒pMD19-T-SStrV-qN作为阳性质粒标准品,以其为模板建立SStrV荧光定量PCR检测方法,并对该方法的灵敏性、特异性、稳定性进行了测试,随后用该方法对甘蔗不同组织部位中SStrV载量进行检测。【结果】将含有SStrV基因组序列的重组质粒按10倍比稀释成标准品,将其作为模板进行荧光定量PCR,获得标准曲线y=-3.337 x+38.197,相关系数r2=0.999,说明Cq值与标准品浓度拷贝数的对数呈线性关系;建立的荧光定量PCR最低可以检测到13拷贝重组质粒/μL,是普通PCR灵敏度的100倍。该方法能特异的检测SStrV,特异性高,组内和组间的变异系数在0.13%-0.94%之间,表明该方法重复性良好。SStrV的载量在甘蔗的不同组织部位中差异较大,+4叶中SStrV的载量最高,与其他组织部位达到了显著差异。【结论】建立了能灵敏特异检测SStrV的SYBR Green I荧光定量PCR方法,明确了+4叶是甘蔗中SStrV检测的最佳采样部位。

甘蔗黑穗病研究状况文献计量分析

本文以甘蔗黑穗病和Sugarcane smut为主题词分别在CNKI和SCI-E数据库中进行检索,并应用文献计量分析方法对文献发文趋势、期刊、机构、基金和被引用文献进行了统计分析。共检索到中文文献284篇和外文文献495篇。其中甘蔗黑穗病的中文文献占中英文总文献的35.54%,我国甘蔗黑穗病相关研究文献占甘蔗主要病害文献的48.97%。近年来国内外甘蔗黑穗病研究的发文量逐渐增加,这些文献主要来自于糖业和病理学领域的机构、作者和期刊。国内期刊主要发表关于甘蔗黑穗病防治、发生规律以及抗黑穗病相关研究的文献,而国外期刊则侧重于甘蔗黑穗病的致病机理和病原菌与甘蔗互作的研究。本文通过统计分析甘蔗黑穗病研究领域的文献发文概况,旨在了解甘蔗黑穗病研究的基本情况和趋势,并结合当前的研究热点方向,为下一步的甘蔗黑穗病研究提供参考。

乙蒜素防控甘蔗白条病效果及其促生作用

为了探索仿生类、内吸性化学药剂乙蒜素能否用于甘蔗病害防控及是否具有促生效果,通过室内抑菌试验、毒力测定、桶栽施药试验,评价乙蒜素对白条黄单胞菌(Xanthomonas albilineans(Ashby)Dowson)引起的甘蔗白条病的防控效果,同时通过桶栽施药试验对不同浓度乙蒜素处理的甘蔗进行农艺性状、生物量等表型测定,并结合光合、根系及抗逆等生理特性评价其促生作用。毒力测定结果显示,乙蒜素毒力回归方程为y=26.29x-30.29,相关系数R2为0.9489,有效中质量浓度EC50为1132.43μg/mL。病害防控及促生试验结果显示:80%乙蒜素1000倍稀释液防控促生效果最佳。该处理下,施药42 d未检测出甘蔗白条病阳性植株,而对照(CK)阳性检出率100%。相较于CK,该处理(施药42 d)的甘蔗叶片叶绿素含量增加24.93%、净光合速率增加64.97%,根系活力增加62.44%,促生效果明显;抗氧化酶SOD、POD、CAT活性分别提高21.32%、44.32%、54.32%;可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等叶片渗透调节物质含量分别增加17.40%、17.39%、17.78%,而MDA含量减少22.74%,缓解膜脂过氧化、维持细胞膜的稳定性,增强甘蔗抗逆性。综上,80%乙蒜素1000倍稀释液对甘蔗白条病具有较好的防控效果且对甘蔗具有促生作用。

甘蔗抗褐锈病Bru1区域的鉴定及候选抗病基因的功能分析

【目的】甘蔗褐锈病是由黑顶柄锈菌(Puccinia melanocephala H. Sydow&P. Sydow)引起的最具破坏性的真菌病害之一,能造成蔗糖分降低10%—36%,严重威胁甘蔗产业发展。已有研究揭示抗褐锈病主效基因定位于Bru1区域,克隆其关键候选基因,并进行功能研究,为选育抗褐锈病甘蔗新品种提供重要的候选基因资源。【方法】利用PacBio SequelⅡ测序平台获得甘蔗栽培品种ROC22的contig水平基因组信息,鉴定到抗褐锈病Bru1区域,对其进行基因注释和克隆,分析其组织特异性和抗、感褐锈病甘蔗品种中的表达模式及其在烟草叶片的亚细胞定位和瞬时表达。【结果】基于Bru1位点区域紧密连锁的标记R12H16和9O20-F4,从该区域中注释到33个基因,结合典型抗病基因结构域,共筛选获得5个候选抗病基因,分别为Brrg99、Brrg103、Brrg108、Brrg115和Brrg116。以甘蔗栽培品种ROC22的cDNA为模板,克隆获得Brrg116的全长序列729 bp,编码242个氨基酸残基。将该基因序列分别比对甘蔗热带种和割手密种及二倍体近缘种高粱的基因组数据库,发现其与热带种和割手密种的同源基因序列相似性很高,达到98%以上,而与高粱的相似性为93.77%。系统进化树揭示该基因起源甘蔗割手密种。实时荧光定量PCR检测表明,Brrg116在甘蔗栽培品种的多个组织中组成型表达,尤其是在+1叶中的表达量最高,是蔗芽的9.8倍;在褐锈病菌侵染抗、感甘蔗栽培品种的6和72 h时,呈现显著差异表达。亚细胞定位结果显示,该基因编码蛋白定位于细胞膜上。在本氏烟(Nicotiana benthamiana)叶片中瞬时过表达Brrg116,其后接种茄病镰刀菌蓝色变种,二氨基联苯胺法(3,3′-diaminobenzidine,DAB)染色逐渐加深,超敏反应相关基因、水杨酸信号和乙烯信号途径中的相关基因持续上调表达。【结论】Brrg116在甘蔗不同组织中组成型表达,且在受褐锈病菌侵染的抗病甘蔗栽培品种中呈现快速的诱导表达。此外,过表达Brrg116引发水杨酸和乙烯等激素信号通路产生防御响应,推测该基因可能在提高植物的抗病性方面发挥重要调控作用。

Analysis of Occurrence and Mixed Infection of Sugarcane Bacilliform Virus Disease in Hainan Sugarcane-growing Area

[Objectives]The paper was to explore the occurrence and mixed infection of sugarcane bacilliform virus disease in Hainan sugarcane-growing area.[Methods]A total of 348 sugarcane leaf samples were collected from 7 sugarcane-growing areas in Hainan Province.Molecular detection of sugarcane bacilliform virus(SCBV)was carried out by PCR using specific primers.[Results]SCBV was detected in 244 out of 348 sugarcane samples,with an average detection rate of 70.11%.The highest detection rate was 76.66%in the Danzhou sugarcane-growing area,while the lowest was 57.14%in the Baisha sugarcane-growing area.The SCBV-positive samples were subjected to testing for SCYLV,SCSMV,SrMV,and SCMV,respectively.The results indicated that 106 out of 244 positive samples exhibited a single infection with SCBV,while 138 samples exhibited mixed infections with SCBV and other sugarcane viruses.The proportion of mixed infections among the SCBV-positive samples was as high as 56.56%.Among the various types of mixed infections,two-virus and three-virus mixed infections were the most prevalent.[Conclusions]SCBV has emerged as a significant threat to the secure production of sugarcane in the Hainan sugarcane-growing region.It presents an explosive infection in the Hainan sugarcane-growing region and frequently combines with other sugarcane viruses to infect sugarcane.The findings of this study will provide a theoretical foundation for the prevention and control of sugarcane bacilliform virus disease.

甘蔗新品种“桂柳07150”高产栽培技术

甘蔗新品种“桂柳07150”是柳城县甘蔗研究中心以“粤糖85-177”为母本、“新台糖22号”为父本进行杂交,经过常规育种程序选育而成的。2019年5月,农业农村部将该品种登记为非主要农作物品种,并正式命名为“桂柳07150”。经过了区域试验、集成示范及生产示范,“桂柳07150”适应性广,早中熟、高产、高糖,适宜全程机械化生产,尤其是机械化收获;其抗病能力强,对黑穗病、花叶病、黄叶病具有较好的抵抗能力;应根据该品种种性要求配套相应的高产栽培技术,以最大限度地发挥其高产潜能。

基于高光谱成像的甘蔗叶片早期轮斑病与锈病识别技术

针对甘蔗叶片早期轮斑病与锈病发病症状相似,难以区分,导致在实际生产中不便对症施药的问题,以甘蔗早期轮斑病和锈病叶片为研究对象,探究利用高光谱成像技术来识别甘蔗叶片早期轮斑病与锈病的可行性。首先,利用高光谱成像系统在406~1014 nm光谱范围内采集甘蔗健康叶片、早期轮斑病叶片和锈病叶片的高光谱图像,提取图像的感兴趣区域(Region of interest,ROI)并计算其平均光谱作为原始光谱数据,采用一阶导数(First derivative,FD)、Savitzky Golay卷积平滑(Savitzky Golay convolutional smoothing,SG)和标准正态变换(Standard normal variate,SNV)分别对原始光谱数据进行预处理。然后,在预处理的基础上采用主成分分析(Principal component analysis,PCA)算法、蚁群优化(Ant colony optimization,ACO)算法进行特征降维,并将降维后的特征作为后期建模的输入变量。最后,结合降维和不降维2种方式使用支持向量机(SVM)和随机森林(RF)进行识别。为了确定最优的识别模型,对不同的预处理方法、降维方法和分类器共18个组合模型进行了试验。经对比发现,SG SVM识别模型效果最佳,测试集准确率为99.65%。试验结果表明,利用高光谱成像技术进行甘蔗叶片早期轮斑病和锈病的识别可行且有效,可为植保无人机超低空遥感病害监测提供参考。

橡胶树膜系统酵母双杂交cDNA文库构建及HbSRPP7互作蛋白筛选

橡胶树橡胶粒子上的蛋白质在橡胶生物合成一系列反应过程中起着关键作用,它们直接决定着橡胶烃分子的数量和大小,影响天然橡胶的产量和质量。小橡胶粒子蛋白(small rubber particle protein,SRPP)是丰度仅次于橡胶延伸因子(rubber elongation factor,REF)的橡胶粒子蛋白组分,与橡胶粒子发育和橡胶生物合成密切相关。目前已知橡胶粒子上存在多种SRPP家族蛋白,但大部分成员的功能尚不清楚。SRPP可能通过与其他橡胶粒子蛋白相互作用发挥功能。为了筛选SRPP蛋白家族成员之一Hb SRPP7的互作蛋白,本研究利用位点特异性重组技术构建了原始库容为1.5×10^(7)CFU的均一化橡胶树胶乳膜蛋白酵母双杂交系统(membrane yeast two-hybrid system,MYTH)cDNA文库,该文库插入片段平均长度大于1500 bp,重组率约为100%。构建了用于MYTH系统筛选HbSRPP7互作蛋白的pBT3STE-SRPP7和pBT3SUC-SRPP7诱饵载体并确认其能在NMY32酵母菌株中正确表达,无自激活活性。使用pBT3STE-SRPP7诱饵质粒对胶乳MYTHcDNA文库进行筛选,获得21个HbSRPP7候选互作的蛋白,包括3个REF家族蛋白(HbREF1、HbREF3和HbREF8)、2个SRPP家族蛋白(HbSRPP1、HbSRPP2)、2个活性氧清除相关蛋白(thioredoxin H-type-like、L-ascorbate peroxidase 2)以及5个胁迫相关蛋白(high mobility group Bprotein 2-like、RPM1-interacting protein 4-like、stress-related protein-like、salt stress-induced hydrophobic peptide ESI3-like和F-box/kelch-repeat protein)。结果显示HbSRPP7除了可能通过与橡胶生物合成相关的橡胶粒子蛋白互作参与橡胶生物合成,也可能通过与生物和非生物逆境胁迫相关蛋白互作,响应橡胶树乳管生物和非生物逆境胁迫系统信号,参与橡胶粒子上的橡胶生物合成调控。该研究结果有助于了解SRPP家族蛋白的功能,为揭示橡胶粒子上参与橡胶生物合成的蛋白复合体组成,阐明橡胶生物合成及其调控的分子机制奠定基础。

甘蔗ScPR10基因的克隆及其响应赤条病菌侵染的表达特征分析

PR10是一种病程相关蛋白(pathogenesis-related protein,PR),在植物生长发育、应激生物和非生物胁迫时发挥重要作用。本研究利用RT-PCR技术从甘蔗赤条病抗病品种新台糖22号和感病品种闽糖11-610叶片克隆获得ScPR10基因,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)、转录组和蛋白质组分析,研究在接种燕麦食酸菌燕麦亚种(Acidovorax avenae subsp.avenae,Aaa)之后这2个品种ScPR10基因的转录和蛋白表达模式。序列分析显示,本研究克隆获得2个ScPR10基因,编码187个氨基酸,比其他植物PR10蛋白多了27个氨基酸,含有保守结构域P-loop和Bet v 1;与已报道的甘蔗、高粱和斑茅的PR10亲缘关系较近。在Aaa胁迫下,RT-qPCR分析表明抗病、感病品种ScPR10基因的表达量均显著上调,尤其在接种24 h时,表达量最高,分别为对照的27.2倍和39.7倍;转录组数据分析结果显示,该基因表达水平在抗病、感病品种上均显著提高,尤其在接种72 h时,表达量最高,log2 FC值为5.3~5.4。蛋白互作预测发现,ScPR10与植物PDR型ABCG转运蛋白(Cluster-13677.282407)、蛋白激酶(Cluster-13677.166559)之间存在互作关系。蛋白质组数据分析显示,在Aaa接种24 h时,抗病、感病品种ScPR10均为上调表达,log2FC值为1.65~1.69;与ScPR10互作的PDR型ABCG转运蛋白成员的表达量在抗病、感病品种上有不同程度提高;蛋白激酶表达量在感病品种上有显著提高,但是,在抗病品种上表达量没有显著变化。本研究结果表明,ScPR10可能与PDR型ABCG转运蛋白正向协同参与甘蔗寄主应答Aaa病菌侵染的防御响应。

甘蔗核心种质花叶病和宿根矮化病自然抗病性调查与分子检测

抗病种质资源的发掘利用是抗病育种的基础和关键,筛选抗病种质对选育抗病品种具有重要意义。为明确国家甘蔗种质资源圃保存的核心种质花叶病和宿根矮化病病情及其自然抗病性,本研究于2021年,对国家甘蔗种质资源圃保存的105份甘蔗核心种质进行花叶病和宿根矮化病田间自然发病调查及其病原检测与抗性评价。结果表明,105份核心种质中,花叶病1级高抗到3级中抗的有75份,占71.4%;105份核心种质样品检测到SCSMV、SrMV两种病毒,所有样品均未检测出SCMV病毒;38份核心种质受SCSMV单独侵染检测出SCSMV、检出率为36.2%,15份核心种质受SrMV单独侵染检测出SrMV、检出率为14.3%,20份核心种质受SCSMV和SrMV复合侵染检测出SCSMV和SrMV、检出率为19.0%;105份核心种质中88份感RSD呈阳性、阳性检出率为83.8%,17份未感RSD呈阴性、占总检测数的16.2%。综合分析结果显示,21份核心种质对SCSMV和SrMV 2种病毒均表现为高抗,占20.0%;27份核心种质双抗SCSMV和SrMV 2种病毒,占25.7%;17份核心种质抗RSD,占16.2%;其中11份核心种质多抗SCSMV、SrMV和RSD,占10.5%。研究结果明确了105份甘蔗核心种质花叶病和宿根矮化病田间病情及其病原类群,筛选出11份多抗SCSMV、SrMV和RSD核心种质,为深入开展甘蔗抗病育种提供了抗病基因源和参考依据。

甘蔗镰孢菌插入突变体库的构建、致病变异突变体筛选及突变基因定位

由镰孢菌复合种引起的甘蔗梢腐病(pokkah boeng disease,PBD)是甘蔗的主要病害之一。在广西,甘蔗镰孢菌(Fusarium sacchari)是PBD的优势病原菌。尽管PBD的研究已有较长的历史,但甘蔗镰孢菌的致病分子机理远未得到阐明。为研究甘蔗镰孢菌的致病分子机理,本研究采用农杆菌介导的遗传转化(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation,ATMT)技术构建甘蔗镰孢菌FF001菌株的T-DNA插入突变体库。采用携带潮霉素B磷酸转移酶基因pTHR1-AH双元载体的农杆菌菌株AGL-1介导转化F.sacchari分生孢子,获得3018个转化子;随机选取12个转化子进行PCR检测和Southern杂交分析,结果显示所有检测突变株均插入潮霉素B磷酸转移酶基因,多数为单拷贝插入。采用离体叶片接种评价转化子的致病力,获得致病力明显减弱21个和致病力增强9个,共30个突变体。通过TAIL-PCR扩增测序并与甘蔗镰孢菌基因组序列比对,确定了其中27个突变株的T-DNA插入位点。观察到多个插入位点伴随有基因组片段缺失,导致1个插入位点可以影响1个以上的功能基因。T-DNA插入位点多为编码区和启动子区,少数为终止子区和间隔区。受影响的基因分别编码α-甘露糖苷酶(alpha-mannosidase)、中性氨基酸渗透酶(neutral amino acid permease)、寡聚高尔基复合体成分4(oligomeric golgi complex component 4)、寡肽转运蛋白(oligopeptide transporter)、酰基辅酶A脱氢酶(acyl-CoA dehydrogenase)、乙酰乙酰-CoA合成酶(acetoacetyl-CoA synthetase)、碳酐酸酶(carbonic anhydrase)、Bud 10蛋白(Bud 10 protein)、类驱动蛋白bimC(kinesin-related protein bimC)、锌指蛋白ASD4(zinc finger protein ASD4)、转录起始因子TFIID(transcription initiation factor TFIID)、角质酶G-box结合蛋白(cutinase G-box binding protein)、吖啶黄素敏感性控制蛋白(acriflavine sensitivity control protein ACR-2)、核类VCP蛋白(nuclear VCP-like protein)、热激蛋白HSP30(heat shock protein 30)、硫氧还蛋白(thioredoxin)、2C型蛋白磷酸酶(type 2C protein phosphatase)、核糖核酸外切酶(exoribonuclease)、硒蛋白(selenoprotein)、DNA聚合酶η(DNA polymerase eta)、存活因子1(survival factor 1)和乙醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase)等22个已知功能蛋白和16个未知功能蛋白。部分突变基因,如锌指蛋白ASD4、角质酶G-box结合蛋白、寡肽转运蛋白和2C型蛋白磷酸酶等,已分别在稻瘟病菌、稻曲病菌、胶孢炭疽菌和尖孢镰孢菌等植物病原真菌中证实为致病相关基因。多种类型致病相关突变体的获得,为深入研究甘蔗镰孢菌致病分子机理提供了新的材料。

基于二代和三代转录组测序揭示甘蔗重要亲本对黑穗病菌侵染的响应机制

黑穗病是甘蔗生产中的主要病害,严重影响甘蔗产量。解析甘蔗重要亲本与黑穗病菌相互作用的分子机制及筛选抗病基因对抗黑穗病优良品种的培育具有重要意义。本研究选用我国甘蔗育种中的重要亲本新台糖ROC25(抗黑穗病)及其姊妹系ROC22(感黑穗病)为研究对象,采用单分子实时测序技术(三代测序)和二代转录组测序技术分析和鉴定2个亲本感染黑穗病菌后的转录组谱及差异转录本。三代转录组测序分析共获得79,885条转录本序列,其中含60,115条完整开放阅读框、3692个可变剪接事件、1799个LncRNA、29,139个SSR和7794个转录因子,共有74,066个转录本得到注释,占总数的92.72%。通过对二代测序数据分析,在抗病亲本中筛选出9716个差异转录本,在感病亲本中筛选出2033个差异转录本。差异转录本的GO和KEGG富集分析结果表明抗病亲本中共富集到的GO条目和KEGG通路均要多于感病亲本,且植物MAPK信号通路、苯丙素生物合成、植物-病原互作、亚油酸代谢和蔗糖和淀粉代谢等代谢通路在抗感亲本中均被显著富集,为抗感亲本对黑穗病的共同抗病途径。进一步,对植物MAPK信号通路的分析表明,MAPK超家族基因成员在抗感亲本中呈现不同的表达方式,在抗病亲本中具有更多差异表达的MEKK1和MKK4的转录本,且MKK5、MPK10和MPK12基因仅在抗病品种中发生显著表达变化,推测其可能与亲本的抗病表型关联。此外,抗感亲本中众多WRKY、MYB、NAC和AP2/ERF-ERF等抗病相关转录因子响应了黑穗病菌胁迫,且主要表现为上调表达。与感病亲本相比,抗病亲本显示出更多的差异表达转录因子,推测这些抗病亲本特有的转录因子可能对防御黑穗病菌具有积极作用。本研究完善了新台糖亲本基因组注释信息,为解析新台糖优异亲本与黑穗病菌互作机制以及抗黑穗病基因资源的挖掘利用提供指导。

甘蔗VAMP相关蛋白ScPVA12与甘蔗花叶病毒P3N-PIPO的互作研究

植物囊泡膜蛋白相关蛋白PVA12 (plant vesicle-associated membrane protein (VAMP)-associated proteins homolog12)属于VAP27家族蛋白,在细胞中介导内质网囊泡运输以及膜融合。甘蔗(Saccharumspp.hybrid)PVA12应答甘蔗花叶病毒(Sugarcane mosaic virus, SCMV)侵染尚未见报道。本研究从栽培种新台糖22号(ROC22)中克隆了PVA12基因,命名为ScPVA12。该基因开放读码框(open reading frame, ORF)的长度为735 bp,其编码长度为244 aa的蛋白。生物信息学分析表明,ScPVA12是一种不稳定的亲水性脂溶蛋白,C端具有跨膜结构域;二级结构中无规则卷曲占比最高;进化树分析表明,该蛋白在单子叶和双子叶植物中存在明显分化。酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验表明, ScPVA12与SCMV-P3N-PIPO蛋白互作。亚细胞定位试验表明ScPVA12定位于内质网。共定位试验表明ScPVA12与SCMV-P3N-PIPO共定位于内质网。实时荧光定量PCR分析发现,ScPVA12基因在甘蔗各组织中均有表达,在第8节间中的表达量最低,在正七叶中的表达量最高;SCMV侵染对ScPVA12基因表达影响显著,在SCMV胁迫下ScPVA12基因先下调表达,后期恢复正常水平。

甘蔗谷胱甘肽硫转移酶ScGSTF1与P3N-PIPO互作应答甘蔗花叶病毒侵染的研究

谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST, EC2.5.1.18)广泛分布于具有细胞结构的生物中。在植物中,GST参与调控生长发育、异生物质解毒及逆境应答。本课题组以甘蔗花叶病毒(Sugarcanemosaicvirus,SCMV)编码蛋白P3N-PIPO为诱饵,从甘蔗(Saccharumspp.hybrid)叶片cDNA酵母文库中筛选到1个GST基因,并从甘蔗原始栽培种Badila中克隆了该基因,其开放读码框(open reading frame, ORF)长度为645 bp,编码214个氨基酸。序列比对及进化树分析表明,该基因编码蛋白属于GST家族的Phi (F)类型(GSTF),因此命名为ScGSTF1。进一步的生物信息学分析表明,ScGSTF1不存在跨膜区域,为稳定的亲水性脂溶蛋白;GST蛋白在单子叶和双子叶植物中及C3和C4植物中存在明显的分化。酵母双杂交(yeast two-hybrid, Y2H)和双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)试验表明, ScGSTF1与SCMV-P3N-PIPO蛋白互作。亚细胞定位试验表明ScGSTF1定位于内质网。实时荧光定量PCR分析表明, ScGSTF1在甘蔗各个组织中显著差异表达,在第3节间中的表达量最高,在心叶及根中的表达量最低;SCMV侵染显著性影响ScGSTF1基因的表达水平,侵染早期上调表达,随后下调,但仍保持显著高于对照的水平。

外源喷施茉莉酸对甘蔗白条病发生的影响

【目的】分析外源喷施茉莉酸(JA)对甘蔗白条病发生的影响,揭示JA在甘蔗抵抗白条病中的作用及其提升甘蔗白条病抗性的机制,为甘蔗抗白条病的分子育种提供重要基因资源,并为甘蔗白条病防治提供参考。【方法】对健康的甘蔗苗接种白条病菌Xa-FJ1菌液(简称Xa),通过对接种Xa 72 h的甘蔗苗喷施纯净水(CK)或不同浓度的JA和茉莉酸抑制剂(IBU)后,观察甘蔗发病情况并统计病情指数,筛选出最适的JA和IBU浓度;将最适浓度的JA和IBU分别喷雾处理接种Xa 72 h的甘蔗,于接种后不同时间测定甘蔗体内防御相关生理指标和相关基因的表达情况。【结果】喷施JA可减缓甘蔗白条病的发生,喷施浓度为200μmol/L时对白条病的抑制效果显著(P<0.05,下同);喷施IBU在一定程度上促进甘蔗白条病的发生,喷施浓度为200μmol/L时对白条病的抵抗效果最差。分别选取200μmol/L的JA和IBU进行后续试验。在接种Xa 72 h时,CK与JA处理的甘蔗叶片JA含量呈极显著差异(P<0.01,下同);在接种Xa96和120 h时,CK与IBU处理的甘蔗叶片JA含量呈极显著差异;在接种Xa 72、96和120 h时,IBU处理与JA处理的甘蔗叶片JA含量呈极显著差异。在接种Xa 72 h,JA处理和IBU处理的甘蔗叶片丙二醛(MDA)含量均明显上升,CK与JA处理、IBU处理的MDA含量均呈极显著差异,JA处理与IBU处理亦呈极显著差异。在接种Xa 24 h时,CK、JA处理和IBU处理的甘蔗叶片过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性均达最大值,随后下降;在接种Xa 72 h时,CK与JA处理的POD活性呈显著差异。在接种Xa 72 h时喷施JA和IBI,CK和IBU处理的甘蔗叶片JA通路各基因的相对表达量总体呈下降趋势,而JA处理呈上升趋势。【结论】外源喷施JA引起甘蔗植株JA通路相关基因的表达升高,进而提高体内JA含量和相关防御酶活性,最终增强甘蔗对白条病的抗性。

甘蔗亲本田间自然抗病性评价及广义遗传力分析

【目的】了解甘蔗亲本对甘蔗病害的抗性及病害发生的特点、影响因素和性状遗传力,为开展甘蔗抗病育种提供参考依据。【方法】选用463个甘蔗亲本在广西农业科学院甘蔗研究所丁当试验基地(以下简称丁当点)、广西百色市农业科学研究所试验基地(以下简称百色点)和四川省农业特色植物研究院资中试验基地(以下简称资中点),实施两轮田间自然抗病性评价,并进行方差分析、广义遗传力计算和聚类分析。【结果】在丁当点、百色点和资中点分别发现甘蔗病害18、17和15种。除花叶病和黑穗病外,发病相对较重的还有褐条病、赤腐病、轮斑病、黄点病和叶枯病,其病情指数均大于10.00。方差分析结果表明,不同病害的显著性影响因素不同,且多数病害的互作方差占比高于主效应方差占比。试验点内联合分析时,丁当点内亲本方差显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.01,下同)的病害为轮斑病、赤腐病、黄点病、锈病、褐斑病、梢腐病和紫斑病,百色点内亲本方差显著或极显著的病害为轮斑病、黄点病、赤腐病、梢腐病和叶焦病,资中点内亲本方差显著的病害为赤条病;所有试验点联合分析时,亲本方差显著或极显著的病害为轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病。广义遗传力计算结果表明,甘蔗白叶病属中等遗传力性状,白疹病、锈病、轮斑病、褐条病和叶焦病属中等偏低遗传力性状,叶枯病、赤腐病、梢腐病、紫斑病、赤条病、黄点病、褐斑病和虎斑病属低等遗传力性状,但进行联合方差分析时仅轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病存在广义遗传力,可通过多年多点田间试验进行抗病选择。不同选育年代甘蔗亲本的抗病性未呈现持续向好的选择结果,仅褐条病和叶枯病存在波动;不同来源甘蔗亲本的赤腐病、轮斑病、眼点病和叶枯病存在显著或极显著差异,其中,桂糖和粤糖亲本的抗病性较差,台糖亲本的抗病性较好,Ho亲本对轮斑病的抗性较好,对赤腐病的抗性较差,CP亲本对轮斑病和叶枯病的抗性较好,对赤腐病的抗性较差。在测试亲本中,抗病性好、较好和一般的亲本分别占3.02%、26.57%和49.03%,抗病性较差和差的亲本分别占18.57%和2.81%。在抗病性好和较好的亲本中,育种利用效果好的不足10.00%;许多利用效果好的亲本抗病性中等,加上抗病表现较差或差亲本的大量使用,致使甘蔗抗病育种水平提升受到影响。【结论】抗轮斑病、黄点病、赤腐病、叶焦病和紫斑病甘蔗亲本可通过多年多点田间试验选择,感白条病、白叶病、白疹病、赤条病、褐斑病、褐条病、虎斑病、梢腐病、锈病、眼点病和叶枯病甘蔗亲本材料宜淘汰;合理选用甘蔗抗病亲本和改进病害抗性评价方法有利于提高甘蔗抗病育种水平。

复合高效配方药剂组合对甘蔗大螟和绵蚜防控效果评价

为筛选防控甘蔗大螟和绵蚜的复合高效配方药剂组合及精准高效施药技术,选用70%导向增效噻虫嗪种子处理可分散粉剂、46%杀单·苏云菌可湿性粉剂不同配方组合在两个试点进行田间药效试验。结果表明:70%导向增效噻虫嗪ZF 450 g/hm^(2)+46%杀单·苏云菌WP 2250 g/hm^(2)对甘蔗大螟和绵蚜均具有良好的防控效果,是防控甘蔗大螟和绵蚜理想的复合高效配方药剂组合,可在1—5月结合新植蔗种植或宿根蔗管理,将70%导向增效噻虫嗪ZF 450 g/hm^(2)与公顷施肥量混合均匀后,均匀撒施于蔗沟、蔗蔸及时覆土,于3—5月第1、2代大螟卵孵化盛期,将46%杀单·苏云菌WP 2250 g/hm^(2)兑水675 kg,采用电动背负式喷雾器人工叶面喷施,对大螟枯心苗的防效可达89.8%以上,对甘蔗绵蚜的防效可达100%;两试点该组合甘蔗实测产量和糖分分别较空白对照增加29310、35310 kg/hm^(2)(增产35.6%、41.3%)和5.9个百分点;比氯虫苯甲酰胺·噻虫嗪药剂处理节省600~1050元/hm^(2)。