尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种fpd1基因敲除与表型分析

为了研究尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种fpd1基因的功能,构建了该基因敲除突变体并对其表型特征进行了分析。结果表明,与野生型菌株相比,fpd1基因敲除突变体生长减慢,产孢量显著降低,对巴西蕉的致病性明显减弱;fpd1基因可能在尖孢镰刀菌古巴专化型的产孢、生长发育和致病性等方面具有重要作用。本研究结果为进一步研究fpd1基因的功能和尖孢镰刀菌的致病机理奠定了基础。

尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种的磷酸化应激诱导蛋白1(FoSTIP1)基因的克隆及表达分析

本研究克隆了尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种(Fusariumoxysporumf.sp.cubenserace4,Foc4)转录因子FoS kn7一个候选的下游基因,结果表明该基因cDNA编码序列全长1737 nt,编码一个含578个氨基酸残基的蛋白质。对其编码的蛋白进行了结构域和进化分析,结果表明该蛋白质含有胁迫诱导蛋白(stress-in-ducible protein-1, STI1)结构域和多个三角形4肽重复序列结构域(tetratricopeptiderepeat,TPR)。该蛋白质与尖孢镰刀菌番茄专化型的磷酸化应激诱导蛋白1(STIP1)亲缘关系最近,因此初步将其确定为Foc4的磷酸化应激诱导蛋白并命名为FoS TIP1。采用相对荧光定量PCR方法分析了该基因在野生型B2菌株入侵香蕉苗根部及在外源H_2O_2诱导情况下的表达变化,也分析了FoSKN7基因缺失突变体中该基因在外源H_2O_2诱导情况下的表达。结果表明在入侵香蕉苗根部及在外源H_2O_2诱导情况下,B2菌株中的FoSTIP1表达均有上调,而FoSKN7基因缺失突变体中FoSTIP1即使有H_2O_2诱导,其表达也远低于B2菌株中的FoSTIP1。推测FoSTIP1可能是FoS kn7的靶基因并参与了Foc4抗外源氧化胁迫。

尖孢镰刀菌古巴专化型SIX7基因分析

SIX蛋白编码基因最早由尖孢镰刀菌番茄专化型入侵的番茄木质部蛋白质组中发现,且成功用于区分尖孢镰刀菌番茄专化型的3个生理小种。一些SIX编码基因亦在引起香蕉枯萎病的Fusarium.oxysporum f.sp.cubense(简称Foc)中有报道,为区分Foc不同生理小种或亚型,比较分析了Foc中的SIX7基因序列及其特异性。以现有的SIX7基因序列设计合成引物,通过PCR扩增并测序,比较分析国内不同地理区域及来源于澳大利亚与南非的Foc1、Foc2、Foc3、Foc4共56株菌株中的SIX7基因,并以8个以上其他专化型或其他种或属病原菌共39株菌株分析了SIX7基因序列的特异性。研究发现所设计合成的SIX7基因引物序列仅能从供试的亚热带4号生理小种(ST4)中扩增出663 bp的目的条带。亚热带4号生理小种(ST4)中仅有的SIX7基因序列结合Foc4特异性引物Foc-1/Foc-2可快速区分Foc4亚型,提供了快速区分香蕉枯萎病病样内的Foc4亚型的分子鉴定手段,可指导蕉农及时采取有效防控香蕉枯萎病的措施。

香蕉枯萎镰刀菌4号生理小种FoSP1基因功能的初步分析

香蕉枯萎病是我国香蕉生产中危害最大,且难以防治的一种真菌病害。由于香蕉枯萎病的影响,我国近年来香蕉种植面积逐年减少,给我国亚热带、热带香蕉产业带来了巨大的经济损失。该病害是由于香蕉的维管束受到病原菌尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)入侵而发生,其繁殖速度快,引起香蕉叶片黄化和植株萎蔫。通过比较Foc1号生理小种(Foc1)N2菌株和4号生理小种(Foc4)B2菌株的基因组及转录组序列,筛选出位于基因组特异区间并且表达量较高的分泌蛋白FoSP1。结果表明:FoSP1基因开放阅读框为387 bp,编码129个氨基酸,其信号肽切割位点位于第20~21位氨基酸残基之间,且该蛋白无任何已知的结构域和功能位点,因此推断出FoSP1是一个新的分泌蛋白。为了研究该蛋白在Foc4菌株中的生物学作用,本研究利用split-marker的方法敲除了B2菌株的FoSP1基因,并对获得的正确敲除突变体进行表型分析和致病性测定。结果表明:相比野生型B2菌株,FoSP1基因敲除突变体菌丝的营养生长无显著差异,对NaCl、山梨醇和H_(2)O_(2)等外源胁迫均表现不敏感,但敲除突变体的产孢量和分生孢子萌发率显著降低,且对巴西蕉苗的致病力明显减弱。由此推测分泌蛋白FoSP1不参与Foc4菌株B2的营养生长,但在其产孢及致病的过程中发挥着重要作用。此结果为进一步研究Foc4基因组特异区间分泌蛋白的致病机制奠定基础。

香蕉枯萎病菌4号生理小种cat1基因敲除与表型分析

前期蛋白质组学研究发现尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种(Foc4)中的过氧化氢酶1(cat1)基因受到巴西蕉诱导上调表达,为研究cat1基因在Foc4侵染香蕉过程中的作用,利用同源重组方法敲除Foc4的cat1基因,并对获得的敲除突变体开展表型分析和致病性测定。结果表明:cat1基因缺失对Foc4的菌丝、孢子形态、菌落生长、抗渗透压胁迫和细胞壁选择性压力等没有影响;但引起菌株抵抗外源氧胁迫、细胞壁穿透能力、纤维素利用能力减弱和对巴西蕉的致病性减弱。显示cat1基因的产物通过清除香蕉分泌的活性氧在Foc4对香蕉的致病过程中起作用,并参与病原菌对寄主纤维素成分的代谢。此结果为进一步深入研究香蕉枯萎病菌的致病机理奠定基础。

香蕉枯萎病菌1号和4号生理小种菌株侵染和定殖巴西蕉和粉蕉根系的观察

尖孢镰刀菌古巴专化型1号和4号生理小种菌株对巴西蕉和粉蕉的致病性不同,其在巴西蕉和粉蕉根系的侵染和定殖过程是否不同仍未阐明。笔者将绿色荧光蛋白标记的1号(T320)和4号(B2-63)生理小种菌株分别接种巴西蕉和粉蕉,借助激光共聚焦显微镜观察侵染过程。发现这2个生理小种菌株菌丝均可沿巴西蕉和粉蕉根系表层细胞之间的凹槽生长,并进一步侵入维管束;而且B2-63侵入粉蕉根系维管束快于其侵入巴西蕉根系维管束。在接种T320菌株15 d后,在轻微褐变的巴西蕉球茎组织中未观察到其菌丝体,而在褐变粉蕉球茎中可观察到。推测T320在粉蕉根系维管束中的扩展较其在巴西蕉根系维管束中的扩展容易。结果为进一步研究尖孢镰刀菌古巴专化型生理小种与不同基因型香蕉的互作奠定基础。

香蕉枯萎病菌4号小种致病力分化的初步研究

为了研究中国香蕉枯萎病病原菌4号小种致病力分化的问题,2003年6月—2010年1月,通过采集或交流的方式共得到海南、广东、福建、云南和广西等省区的35个市县的56个Fusarium oxysporum f.sp.cubense Race4菌株,应用盆栽伤根淋灌法接种巴西蕉苗,系统性地评价了56个Race 4菌株的致病力。试验结果表明:供试的56个Race4菌株表现出了很明显的致病力分化,其中,强致病力的菌株有29个、中致病力的有9个、弱致病力的有18个,分别占供试菌株的51.79%、16.07%、32.14%。供试的香蕉枯萎病病原菌4号小种存在着明显的致病力分化现象,已分化为强、中和弱3种致病型,强致病力菌株为优势菌株。

尖孢镰刀菌遗传多样性研究进展

尖孢镰刀菌是一种主要的土传病原真菌,可侵染100多种具有重要价值的作物,包括经济作物、园艺作物、食用豆类以及豆科牧草等,引发作物枯萎导致根腐病。该菌从根部侵染植物,在植株全生育期均可引起植株发病,严重影响植物的生长发育、产量和品质。尖孢镰刀菌遗传多样性复杂,根据植物寄主已被细分为100多种专化型,同一专化型又可分为不同生理小种。通过植物寄主、生理生化和分子水平等方面综述了尖孢镰刀菌遗传多样性的研究进展,并对存在的问题及今后的研究重点进行了展望,以期为农业生产中尖孢镰刀菌的检测及有效防控提供理论依据。

广东香蕉枯萎病菌生理小种的鉴定

以4—5片叶的组培香蕉苗和粉蕉苗为材料，采用伤根浸菌液的接种法对分离自番禺、中山、肇庆、珠海、顺德等地的香蕉枯萎病菌株进行了致病性测定，同时观察了各菌株在Komada改良培养基上菌落形态特征．结果表明在广东的确存在香蕉枯萎病菌1号和4号2个小种，认为致病性测定结合Komada改良培养基上菌落形态特征是鉴定香蕉枯萎病菌生理小种的简单、快速而又可靠的方法．

广东香蕉枯萎病菌生理小种RAPD技术的建立

香蕉枯萎病是香蕉上的毁灭性病害,通过对PCR的退火温度及反应体系中MgCl2、Taq酶、模板DNA质量等因子的优化,成功地建立了广东香蕉枯萎病菌RAPD分析技术,应用该技术对采集于广东主要病区的分别属于1号生理小种和4号生理小种的18个菌株进行初步分析,电泳谱带显示,2个生理小种既有共同带又有各自的特异带,而同一生理小种内各菌株间谱带差异较小,说明该病原菌生理分化是具有其遗传学基础的。

西瓜枯萎病菌生理小种鉴定技术体系的建立和验证

在已有的研究结果基础上,建立了一套西瓜枯萎病菌生理小种鉴定技术体系,并进行验证。结果表明:采用该鉴定技术体系,可以准确鉴定和区分出尖孢镰刀菌西瓜专化型生理小种0、1和2,可用于西瓜枯萎病菌生理小种分化与致病性测定,以及抗枯萎病种质资源和品种的筛选鉴定。

香蕉枯萎病菌热带4号小种基因组规模分泌蛋白的预测与分析

为了明确香蕉枯萎病菌热带4号小种(Fusarium oxysporum f.sp.cubense tropical race 4,Foc TR4)与香蕉互作的分子机理,本研究利用SignalP、WoLF PSORT、TargetP、TMHMM和big-PI Predictor等软件,对Foc TR4全基因组22 487条蛋白质氨基酸序列进行了经典分泌蛋白的预测分析。结果表明,Foc TR4全基因组编码蛋白质中有1 054个经典分泌蛋白,占编码蛋白质总数的4.7%。蛋白质特征分析结果表明,其氨基酸序列长度集中在100~500个氨基酸,信号肽长度集中在17~22个氨基酸,信号肽切割位点以SPaseⅠ型为主。功能预测分析结果表明,有463个经典分泌蛋白获得了注释,主要涉及糖代谢、水解酶活性等。碳水化合物酶类(CAZymes)的分析结果表明,有281个分泌蛋白为CAZymes,其中以GH家族最多。此外,利用Secretome P软件对Foc TR4非经典分泌蛋白进行了分析,发现有9 216个蛋白质氨基酸序列,占编码蛋白质总数的41.0%。

广西香蕉枯萎病4号生理小种发生特点调查

2014—2015年采用随访调查、抽样、跟踪调查等方法,调查广西7个香蕉主产区的枯萎病发生情况,并结合植株生育期、种植代数、灌溉模式及病原菌的周年发生规律进行调查与分析。结果表明,香蕉枯萎病4号生理小种在广西几大香蕉主产区均有不同程度发生,2015年平均发病率由2014年的2.48%上升为5.78%,且发展蔓延迅速,其中钦州市发生最重,发病率达到了15.31%。8—10月是发病高峰期;香蕉孕蕾抽蕾期至幼果期是发病敏感期;香蕉种植代数越长,发病率越高;滴灌及微滴灌模式可有效减缓枯萎病发生。

尖孢镰刀菌古巴专化型FocGDSL1基因功能分析

在尖孢镰刀菌古巴专化型4号小种基因组中鉴定到一个编码GDSL家族脂肪酶的基因FocGDSL1。序列分析发现该蛋白在镰刀菌属中及其保守。为了研究FocGDSL1的功能和其对尖孢镰刀菌致病力的影响,首先利用同源重组原理构建了该基因的敲除突变体菌株,并进一步对其表型进行了分析。结果发现,FocGDSL1的缺失不影响尖孢镰刀菌的营养生长及其对抑菌药物的抗性;但是FocGDSL1突变株中色素的合成明显减少。与此同时,FocGDSL1突变株对香蕉植株的致病力显著下降。这些结果表明FocGDSL1虽然不是控制尖孢镰刀菌菌丝生长的关键基因,但是FocGDSL1是尖孢镰刀菌重要的致病力因子,可能是尖孢镰刀菌在侵染的前期,分泌FocGDSL1来降解宿主细胞壁和细胞膜,进而使病原菌在宿主体内定殖。

香蕉枯萎和细菌性软腐病菌的多重PCR检测

香蕉枯萎病菌Fusarium oxysporum f.sp.cubense和细菌性软腐病菌Dickeya zeae的复合侵染为害给香蕉产业发展带来严重挑战,有必要建立相关病害的多重聚合酶链式反应(multiplex polymerase chain reaction, multiplex PCR)检测技术。本文基于尖孢镰刀菌古巴专化型1号生理小种(F.oxysporum f.sp.cubense race 1,FOC1)基因组contig 438区间(35 631-37 693 bp)(GenBank:AMGP01000438.1)和4号生理小种(F.oxysporum f.sp.cubense race 4,FOC4)基因组contig 195区间(4 028-6 126 bp)(GenBank:AMGQ01000195.1)存在160 bp插入序列差异设计特异扩增引物FOC-F/-R,同时以香蕉细菌性软腐病菌D.zeae的促旋酶B亚单位基因(the subunit B of gyrase gene)(GenBank:JQ284039)序列设计特异扩增引物gyrB-F/-R。多重PCR检测结果显示:本技术可在一次PCR扩增反应内同时检测香蕉枯萎病菌1号、4号生理小种和细菌性软腐病菌;多重PCR的灵敏度结果表明:检测香蕉枯萎病菌的DNA浓度最低限为0.1 ng/μL,细菌性软腐病菌的灵敏度为103cfu/mL;检测结果稳定可靠。因此,本研究建立的多重PCR检测方法可有效应用于检测香蕉发病组织中的香蕉枯萎病菌和细菌性软腐病菌,也可用于香蕉种苗和田间土壤带病菌的监测,为香蕉种植保驾护航。

5株香蕉枯萎病菌(Foc4)菌株对桂蕉6号的致病力测定

【目的】了解桂蕉6号在广西对不同来源香蕉枯萎病菌4号小种(Foc4)的抗性,并筛选出强致病力菌株,为香蕉新品种抗性鉴定提供备选鉴别菌株。【方法】采用盆栽伤根淋灌法分别将不同来源的Foc4菌株(J-2、SD-2、T-2、W-2、F-2)同期接种于苗期香蕉品种桂蕉6号,并于接种后10、15、20、25和30 d观察植株叶部发病症状,30 d时解剖蕉苗球茎,观察球茎的变化。综合受侵染后桂蕉6号内外部症状,评价不同菌株的致病力。【结果】SD-2、J-2、T-2和W-2菌株对桂蕉6号均具有较强的致病力,其中SD-2和J-2致病力最强,接种10 d后植株叶片边缘开始变黄,15 d植株叶片黄化明显,30 d后植株矮化、弱小,甚至枯死;接种T-2、W-2后20 d,香蕉植株也出现黄化,但植株仍能正常生长;F-2致病力相对较弱,但仍属中等致病力菌株。【结论】桂蕉6号为感病品种,在种植中应加强对枯萎病的防控。在香蕉枯萎病抗病品种选育时,可选用致病力较强的J-2和SD-2作为备选鉴别菌株。

香蕉枯萎病菌fga1基因的克隆与序列分析

为了解fga1基因在尖孢镰刀菌古巴专化型侵染香蕉过程中的作用,及其与尖孢镰刀菌古巴专化型生理小种1号和生理小种4号之间的致病力差异的关系,采用PCR和RT-PCR方法扩增了2个生理小种的fga1基因,并对扩增产物进行了测序及相似序列搜索和比对,还对基因编码的蛋白进行了氨基酸序列比对和功能分析。研究结果表明2个生理小种fga1基因开放阅读框均为1062bp,编码353个氨基酸,基因同源性为99.5%,氨基酸序列相同。推测fga1基因可能与香蕉枯萎病菌自身繁殖和附着胞的形成有关。从fga1基因序列及其编码蛋白的氨基酸序列看,2个生理小种致病力的差异与fga1基因并无明显对应关系,这为进一步研究fga1基因功能奠定了基础。

香蕉枯萎病菌GATA转录因子基因Fnr1的克隆及序列分析

【目的】明确香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cubense)2个生理小种(Foc1和Foc4)GATA转录因子基因(Fnr1)的序列差异,为进一步研究Fnr1在香蕉枯萎病菌致病过程中的作用奠定基础。【方法】根据番茄枯萎病菌2号生理小种(F.oxysporum f.sp.lycopersici race 2)和水稻恶苗病菌(Gibberella fujikuroi)的GATA转录因子的氨基酸序列设计引物,利用重叠延伸PCR和RT-PCR技术分别克隆了香蕉枯萎病菌2个生理小种的Fnr1的全长DAN,并对该基因所编码蛋白进行了氨基酸序列特征、系统发育与保守结构域分析。【结果】2个生理小种的Fnr1(分别命名为F1nr1和F4nr1)DNA片段全长分别为2 967 bp和2 958 bp,开放阅读框架分别为2 727 bp和2 718 bp,分别编码908个和905个氨基酸。F1nr1和F4nr1的预测氨基酸序列相似性为99%,与GenBank中公布的Fusarium spp.GATA转录因子氨基酸序列均有88%~99%相似性。氨基酸序列聚类分析显示,F1nr1和F4nr1与GenBank中已登陆的香蕉枯萎病菌1号生理小种(F.oxysporum f.sp.cubense race 1,Foc1)、尖孢镰刀菌(F.oxysporum)和番茄尖孢镰刀菌2号生理小种(F.oxysporum f.sp.lycopersici race 2)等物种的GATA转录因子蛋白高度同源。蛋白质保守域搜索表明,F1nr1和F4nr1具有GATA结合蛋白的功能域,属于GATA结合蛋白家族的一员。【结论】香蕉枯萎病菌Fnr1基因具备GATA构型转录因子家族的序列特征,推测该基因可能参与调控F.oxysporum f.sp.cubense氮调控相关基因的表达及致病性等。

香蕉枯萎病菌ste12基因的克隆与序列分析

为了解ste12基因在尖孢镰刀菌古巴专化型侵染香蕉过程中的作用,及其与尖孢镰刀菌古巴专化型1号和4号生理小种之间的致病力差异关系,采用PCR和RT-PCR方法扩增了2个生理小种的ste12基因,并对扩增产物进行了测序及相似序列搜索和比对,还对基因编码的蛋白进行了氨基酸序列比对和分析。研究结果表明,2个生理小种ste12基因开放阅读框均为2070 bp,存在7个碱基的差异,基因同源性为99.7%。编码689个氨基酸,氨基酸序列一个有差异。根据生物信息学软件预测编码蛋白没有信号肽,具有两个相同的功能位点,分子量和PI分别为75 ku和6.47。

香蕉枯萎病菌cyp1基因的克隆与序列分析

为了解亲环素基因(cyp1,其编码亲和蛋白)在尖孢镰刀菌古巴专化型生理小种1号和生理小种4号之间及与其他镰刀菌之间的差异,分析cyp1基因与两生理小种之间的寄主选择性差异的关系,通过比对现有镰刀菌属的亲环素基因序列,设计并合成引物,采用PCR和RT-PCR方法扩增了尖孢镰刀菌古巴专化型生理小种1号和生理小种4号2个生理小种的cyp1基因,并测序进行比较分析,同时对编码蛋白进行了氨基酸序列比对和功能分析。结果表明,2个生理小种cyp1基因全长均为1066bp,开放阅读框均为675bp,编码224个氨基酸,基因序列间差异性为0.8%,编码蛋白间仅存在1个氨基酸的差异;两生理小种的cyp1基因序列与镰刀菌属其他专化型或不同种间存在差异性,与不同属之间其他种间的差异最大达50%,比对蛋白序列发现仅存在0.85%的差异,这进一步证明亲和蛋白在真菌中较保守。从cyp1基因序列及其编码蛋白的氨基酸序列在两生理小种之间的差异性分析结果推测,2个生理小种寄主选择性差异与cyp1基因并无明显对应关系,这为进一步研究cyp1基因功能奠定了基础。