马铃薯与致病疫霉互作研究进展与展望

马铃薯是重要的粮食作物,由致病疫霉侵染引发的晚疫病长期严重制约马铃薯产业的健康发展,因此,国内外均将马铃薯晚疫病列为重大病害。目前,抗病品种选育栽培、晚疫病预测预报和化学防治等相结合的晚疫病综合防治手段已得到普遍推广,但晚疫病局部大流行在全世界范围内仍时有发生,给粮食安全和生态安全带来巨大挑战。本文回顾了我国晚疫病的部分研究历史,集中关注致病疫霉与寄主的互作机制领域,梳理了近年来关于致病疫霉侵入机理、效应蛋白毒力功能、病原菌变异规律、马铃薯抗病机理等方面的重要研究结果并展望未来主要的研究方向,以期为晚疫病基础研究和防治技术革新提供参考。

大豆拟茎点种腐病菌Phomopsis longicolla荧光素酶标记菌株的制备及应用

大豆拟茎点种腐病菌(Phomopsis/Diaporthe longicolla)可侵染大豆引起种腐病和茎枯病等多种病害。本研究根据该病菌基因组的密码子偏好性,优化了外源的荧光素酶基因序列,通过酵母同源重组构建了荧光素酶表达载体,利用PEG介导的原生质体转化法获得了稳定表达荧光素酶的大豆拟茎点种腐病菌菌株PlYC2-1-Luc。结果显示:荧光素酶基因的引入不影响大豆拟茎点种腐病菌的生长速率和致病力。以PlYC2-1-Luc菌株进行示踪可直观发现:健康大豆中分离的3株内生镰孢菌能够显著抑制PlYC2-1-Luc生长,具有生防潜力;含苯醚甲环唑、精甲霜灵·咯菌腈和咯菌腈·噻霉酮的种衣剂均可抑制PlYC2-1-Luc向大豆种子扩展,表明这些药剂或其成分可用于病害防控;PlYC2-1-Luc对大豆品种Williams的致病力强于齐黄34,表明齐黄34更加抗病。该荧光素酶标记方法具有较好的有效性和稳定性,该研究为进一步开展大豆拟茎点种腐病菌的致病机理及病害防控技术研究提供了一种可视化、高效的菌株材料。

黄淮地区大豆种质资源对疫霉根腐病的抗病性评价

【目的】建立一套大豆抗疫霉菌根腐病基因鉴别菌系,并用于分析大豆品种(系)是否含有抗病基因Rps1a、Rps1c和Rps1k。【方法】采用下胚轴接种法测定了125个大豆疫霉菌分离物的毒性组成,筛选了不同毒力公式的6个大豆疫霉菌并建立了该菌系,测定了黄淮地区55个主栽大豆品种(系)对该菌系的抗性并通过基因推导方法进行抗病基因分析。【结果】55个大豆品种(系)共产生18种反应型。抗病基因的推导结果表明,有2个品种可能含有Rps1c,没有鉴定到可能携带有Rps1a或Rps1k的大豆品种(系)。【结论】黄淮地区携带抗病基因Rps1a、Rps1c和Rps1k的大豆品种(系)并不多,且易感疫霉菌,因此需要及时进行抗性育种并积极推广。

表达绿色荧光蛋白的乳酸杆菌在鸡胃肠道中的分布

目的构建含有绿色荧光蛋白基因(green fluorescent protein gene,gfp)的质粒,电转化从鸡胃肠中分离的乳酸杆菌,并口服接种小鸡表达绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)的重组乳酸杆菌,观察该乳酸杆菌在胃肠道中的分布。方法在获得稳定表达绿色荧光蛋白的德氏乳杆菌乳亚种D17(D17-GFP)菌株后,口服接种20日龄的鸡,于接种后1.5、6、12、24、48和72h分别取胃肠内容物接种培养并计数,同时取胃、空肠、回肠、盲肠、肝和脾脏做冰冻切片在荧光显微镜下观察D17-GFP的分布。结果D17-GFP在接种鸡6h后,胃肠道的内容物中可发现D17-GFP,在42h时细菌数达到最大,并且3d后菌量仍维持在1×104CFU/g左右。在荧光显微镜下发现D17-GFP主要存在于肠道的内容物和黏液中。结论GFP在德氏乳杆菌乳亚种D17中得到了稳定的表达,重组D17-GFP可在鸡胃肠道的黏膜处定植。

中国大豆疫霉菌群体遗传结构的RFLP分析

【目的】分析中国大豆疫霉菌的群体遗传结构,探索不同地区大豆疫霉菌群体间的亲缘关系。【方法】采用RFLP(restriction fragment length polymorphism)技术,对大豆疫霉菌进行群体遗传结构的分析;利用Popgene V1.32软件计算大豆疫霉菌群体间的遗传相似度;利用NTSYSpc V2.10软件估算菌株间的遗传距离,并依据遗传距离构建UPGMA(unweighted pair-group method with arithmetic averages)系统树状图谱。【结果】采用探针PS127558对来自黑龙江、新疆和内蒙古等5个大豆疫霉菌地理群体的133个菌株的遗传多样性进行了分析,共得到25条杂交带,其中多态性条带为24个,占96%。黑龙江分别和新疆、内蒙古群体间遗传相似度较高。相对于黑龙江群体遗传结构的高度复杂性,新疆和内蒙古菌株的群体遗传结构则比较简单,分别有88.2%和100%的菌株分属于同一聚类组,且均有超过58%的菌株和部分黑龙江菌株指纹图谱完全相同。Shannon’s多样性指数也表明黑龙江群体的遗传多样性最为丰富。福建和其它群体之间的遗传相似度较低,且分别有45.5%和54.5%的福建群体都属于聚类组E和F,遗传背景较为单一。福建群体的Shannon’s多样性指数低于黑龙江和美国。美国和黑龙江群体之间的遗传相似度较高,且部分美国菌株和黑龙江菌株指纹图谱相同。【结论】新疆、内蒙古的大豆疫霉菌起源于黑龙江,福建的大豆疫霉菌可能为一个独立的进化分支或起源于其它地区。此外,中国和美国的大豆疫霉菌群体间存在菌源交流。

马铃薯晚疫病化学防控现状与展望

马铃薯是继水稻、小麦、玉米之后的世界第四大粮食作物,具有增产潜力大、适应力强,营养全面的特点。据联合国粮食及农业组织数据显示,我国马铃薯种植面积持续增加,2019年我国马铃薯种植面积及总产量居世界第一位。但2019年我国马铃薯平均单产仅为1246.33kg/667m2,不仅远低于美国单产3353.87kg/667m2,甚至还低于世界平均水平1424.13kg/667m2。马铃薯晚疫病是制约我国马铃薯单产提高的关键因素之一。马铃薯晚疫病的病原菌为致病疫霉(Phytophthora infestans),其传播途径多样、侵染速度快,当田间出现阴凉湿润的小气候时极易暴发流行。

植物免疫研究与抗病虫绿色防控:进展、机遇与挑战

植物免疫学是研究植物与病原生物互作的学科.同动物一样,植物也具有强大的先天免疫系统,其本质是通过对病毒、细菌、真菌、卵菌、线虫、昆虫、寄生植物等病原生物的识别激活防卫反应,拒阻病原生物的侵害;而病原生物则能够逃避或抑制宿主植物的识别和防卫反应,在植物上引起病虫害.20年来,我国植物免疫研究取得巨大进步,与国际同行相比,在多个研究方向实现了并跑,在少数方向实现了领跑,为农作物病虫害绿色防控提供了理论支撑和新的技术手段.

利用绿色荧光蛋白研究大豆疫霉与大豆的互作

利用卵菌Bremia lactucae的hsp70启动子和ham34终止子序列,将外源绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)基因转化进大豆疫霉.利用荧光显微镜观察了gfp基因在大豆疫霉不同发育阶段的表达.另外,利用该报告基因系统观察了大豆疫霉在寄主大豆叶片、下胚轴和根部的侵染行为以及显微分析了不同抗性的大豆品种抗大豆疫病在根部的差异.结果表明,gfp基因能够在大豆疫霉中稳定表达,在菌丝、游动孢子囊、游动孢子、休止孢、卵孢子阶段都能够观察到绿色荧光;以GFP作为标记可以实时地观察到大豆疫霉在寄主体内的侵染过程,发现大豆疫霉在抗性大豆品种根部表面萌发的芽管明显长于在感病品种根部萌发的芽管长度.结果表明,GFP可以作为大豆疫霉遗传研究中有价值的分子标记.

尖镰孢菌(Fusarium oxysporum)的快速分子检测

由尖镰孢菌（FusariumoxysporumSchlecht．）引起的大豆枯萎病是危害大豆生产的主要土传病害。该菌在土壤和病残体上均可长期生存造成危害。快速准确地在发病初期植株和带病土壤中进行鉴定和检测对防治该病害至关重要。

外源合成dsRNA介导大豆疫霉PsCdc14基因沉默后对孢子囊发育的影响

真核生物中,蛋白磷酸酶Cdc14在细胞有丝分裂过程中发挥着重要的调控作用.已有研究表明,在导致马铃薯晚疫病的致病疫霉病原菌中,Cdc14对游动孢子囊的形成过程起关键性的调控作用.但其在导致大豆根腐病的大豆疫霉病原菌中的作用机制还不清楚.实时定量PCR分析大豆疫霉PsCdc14在不同的生活史和侵染阶段的转录水平发现,PsCdc14在游动孢子囊形成、游动孢子和休止孢3个阶段具有较高的转录水平,但是在菌丝和侵染阶段转录水平很低.由此推测,PsCdc14在疫霉无性繁殖阶段发挥着重要的调控作用,进而影响病害的传播及蔓延.双链RNA(dsRNA)介导的转录后目的基因沉默是真核生物十分保守的一种调控机制.将体外合成dsRNA和聚乙二醇(PEG)介导的大豆疫霉原生质体转化技术相结合,建立了大豆疫霉dsRNA介导的瞬时基因沉默体系,并利用此体系对大豆疫霉中PsCdc14基因进行了功能分析.结果表明,体外合成的PsCdc14dsRNA转入大豆疫霉原生质体后,能够导致内源的基因转录水平显著下降,沉默转化子的游动孢子囊产量显著降低.本研究表明,利用dsRNA介导的瞬时基因沉默能够更加方便、快捷地分析大豆疫霉的基因功能,加深人们对大豆疫霉生长发育和致病机制的理解.

马铃薯晚疫病化学防控现状与展望

马铃薯晚疫病是由致病疫霉引发的重大毁灭性病害,长期在我国各马铃薯主产区暴发流行,是马铃薯产业发展的重要瓶颈因素。目前大田防控马铃薯晚疫病仍主要依赖化学防控。本文梳理了近年来我国市场防治晚疫病的杀菌剂产品发展趋势,对马铃薯晚疫病化学防控策略与应用现状进行了归纳。结合本课题组近年来的田间调研结果,探讨了我国马铃薯晚疫病防控中的新情况,并对未来化学精准防控的前景进行了展望,提出加快发展病菌致病型和抗药性监测技术,注重新型农药与精准施用技术的源头创新,以期为未来开展马铃薯晚疫病的可持续防控提供新思路。