玉米大斑病菌效应因子StSse19基因的克隆、表达模式分析及在原核系统中的表达

玉米大斑病是由玉米大斑病菌引起的玉米叶部真菌性病害。本课题组前期通过对病菌侵染玉米的转录组分析发现,效应因子StSse19为重要的致病因子,但对其结构及功能尚不清晰。本研究以野生型菌株01-23的cDNA为模版,克隆StSse19并对其结构进行生物信息学预测;结合对病菌侵染玉米的RNA-Seq数据分析明确该基因的表达模式,进而利用qRT-PCR技术证实其表达模式;构建StSse19的融合表达载体pET28a-StSse19,在大肠杆菌BL21(DE3)中以IPTG诱导表达该目的基因,通过SDS-PAGE技术检测其表达情况。结果表明,StSse19的CDS序列由330个核苷酸组成,编码109个氨基酸残基,序列比对发现该蛋白无同源蛋白,表明其为大斑病菌的特异效应蛋白;对StSse19的表达模式分析发现,该基因在侵染玉米24 h的表达量显著提高,72 h表达量下降,推测该基因参与病菌的侵染过程;将StSse19在原核系统中进行表达,SDS-PAGE分析结果显示,该蛋白大小为28 kD,用Ni柱层析法结合Western blot检测显示获得了纯化的目的蛋白。该研究明确了StSse19基因的结构特征及表达模式、获得了StSse19在原核体系中的表达蛋白,为深入揭示其功能及作用机制奠定了基础。

玉米大斑病菌丝氨酸蛋白酶基因StSp8的克隆、原核表达及其表达模式分析

为了探究玉米大斑病菌丝氨酸蛋白酶基因StSp8的结构特征及其功能,本研究以玉米大斑病菌野生型菌株01-23的cDNA为模版,克隆该基因CDS序列并进行生物信息学分析;构建原核表达载体pET30a-StSp8,在大肠杆菌BL21(DE3)中以IPTG诱导表达目的基因,通过SDS-PAGE技术检测目的蛋白的表达情况;利用qRT-PCR技术检测StSp8基因在不同发育时期和侵染时期的表达量变化。结果表明,丝氨酸蛋白酶StSp8的CDS序列由1602个核苷酸组成,编码533个氨基酸;其编码蛋白包含信号肽结构域、Inhibitor-I9结构域和Peptidase-S8结构域;SDS-PAGE结果显示该蛋白大小为57.18 kD;表达模式分析发现,该基因在病菌发育的菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵入钉5个典型的发育时期均有表达,其中芽管时期表达量显著升高;StSp8基因在侵染玉米24 h的表达量最高,72 h表达量下降。该研究不仅明确了StSp8基因的结构特征及在病菌生长发育及侵染寄主过程中的表达模式,也为深入揭示其功能奠定了基础。

利用DDRT-PCR技术分离和克隆玉米抗大斑病相关基因片段

分离和克隆农作物的抗病基因是植物病理学及分子生物学研究的热点领域,笔者以一套含有不同主效抗病基因的玉米自交系B37,B37Ht1,B37Ht2为试验材料,接种玉米大斑病菌0号小种菌株01-27后,利用mRNA差异显示反转录PCR(mRNAdifferentialdisplayreversetranscriptionPCR,DDRTPCR)技术分离玉米抗大斑病相关基因片段.通过反式Northern杂交检测,共获得了44条差异表达基因片段,其中与B37亲和性互作相关的片段17条,与B37Ht1和B37Ht2非亲和性互作相关的片段分别为11条和8条.

外源水杨酸对玉米大斑病菌生长发育的影响

以玉米大斑病菌野生型菌株01-23为供试菌株,观测不同浓度水杨酸处理对病菌分生孢子萌发、菌落生长速度及形态、菌丝发育等方面的影响。结果表明,30μg/mL水杨酸处理对病菌分生孢子萌发有显著的促进作用,处理后24h孢子萌发率是对照的1.53倍。不同浓度水杨酸处理对病菌菌落生长速度也有明显促进作用:15μg/mL水杨酸处理,第8天菌落的生长速度提高了86%;30μg/mL水杨酸处理,第8天菌落的生长速度提高了61%;60μg/mL水杨酸处理,第10天菌落生长速度提高了59%。不同浓度水杨酸处理对菌丝发育也有显著影响:水杨酸浓度为15μg/mL时,菌丝发育没有明显变化;水杨酸浓度为30μg/mL和60μg/mL时,菌丝直径及菌丝形态也无明显变化,但部分菌丝中致密的内含物减少,出现了较分散的空泡状结构,且畸形菌丝的数目增多。水杨酸处理对分生孢子的形态、产生时间及菌落颜色均无明显的影响。

生物数据库中MAPK蛋白质的同源性分析

本研究运用DNAstar序列分析软件对从NCBI数据库中搜索到的385个MAPK蛋白质的氨基酸序列进行了同源性分析,获得了它们的同源序列及系统发育关系,为研究MAPK基因的功能及生物体间的进化关系提供了依据。

DDRT-PCR技术及其在植物抗性相关基因分离克隆中的应用

介绍了DDRT-PCR技术的原理及其一般操作过程,并就近几年此技术在植物抗病相关基因(包括抗病相关基因、抗逆相关基因)的分离克隆方面的应用做了概述。同时简要介绍了此技术存在的问题及常见的解决方法,展示了其应用前景。

植物组织总RNA提取的常用方法及优化策略

讨论了植物组织总RNA提取的常用方法及检测技术,并对如何消除酚类物质、多糖、蛋白质等对RNA提取的干扰以及降低RNase对RNA的降解作用进行了较详细地阐述.

玉米缺氮的早期诊断方法研究

以农大108玉米为材料,在苗期进行缺氮处理,结果如下:(1)叶片长度在处理后第5天出现明显差异,处理组叶长低于对照组,仅为对照组的66.67%;(2)对照与处理组间叶绿素含量从第6天开始出现显著差异;(3)处理组叶片蛋白质含量在处理后第5天明显低于对照组;(4)叶片硝酸还原酶活性在处理的第4天明显低于对照组,并始终低于对照组水平.综合利用上述指标可以在出苗后4～6d时间内对缺氮玉米幼苗做出比较准确的诊断.

两步扩增法在玉米抗大斑病相关基因片段分离中的应用

对一步扩增法和两步扩增法在DDRT-PCR中的扩增效率进行了比较,结果发现,两种方法得到的片段大小都在150～1500bp之间,但条带数量和清晰度不同.一步扩增法得到扩增条带为30～45条,条带较模糊,两步扩增法得到的扩增条带为40～60条,条带清晰.一步扩增法获得10条玉米抗大斑病差异表达条带,只有55条带中的cDNA能够成功回收并产生有效扩增,差异条带回收率53.9%,而两步扩增法获得了148条差异条带,其中138条带都能得到有效回收和扩增,回收率达93.2%.因此,步扩增法更有利于差异条带的回收和二次扩增.

氮饥饿对玉米大斑病菌生长和发育的影响

以改良Fries合成培养基为基础,观测氮饥饿胁迫条件下玉米大斑病菌菌株01-11和03-22在菌落生长速度、分生孢子产生时间和数量、菌落形态和颜色等方面的变化。结果发现,在缺氮条件下,培养6 d后菌落生长停滞,颜色变淡;菌丝稀疏,老化程度加快;分生孢子出现时间提前,但产孢数量减少。研究结果说明,氮元素对玉米大斑病菌的生长和发育有非常重要的作用。

植物抗病基因工程研究综述

对植物抗病基因工程在植物抗病基因的利用、病原菌无毒基因的利用、抗病信号传递有关基因、抗菌肽以及从非植物材料中分离抗菌基因等方面的研究进行综述。

植物病原真菌的MAPK基因及其功能

叙述在植物病原真菌中促分裂原活化蛋白激酶 (Mitogenactivatedproteinkinase,MAPK)基因的种类和特征 ,概括了MAPK基因在植物病原真菌生长发育、胁迫反应和侵染、致病过程中的作用及其研究现状 ,讨论了进行植物病原真菌MAPK基因研究的意义及重点研究的课题 ,并根据最新研究进展 ,提出了植物病原真菌MAPK基因研究的发展前景。

不同诱导因素对玉米大斑病菌附着胞产生的影响

附着胞是许多叶部病原真菌的重要侵染机构。在不同温度、光照条件、基质和培养时间下,对玉米大斑病菌1号小种和2号小种分别在玻璃平板和玉米叶片上进行附着胞的室内诱导,发现分生孢子的水悬浮液在玻璃平板和玉米叶片的上表面及下表面都可产生附着胞,附着胞都能正常萌发并产生侵入丝,但在玉米叶片上附着胞和侵入丝的产生时间要晚于玻璃平板,产生数量也少。玉米大斑病菌分生孢子在PD培养基中产生的附着胞数目少于清水处理。影响玉米大斑病菌附着胞生长和发育的决定因素是温度,在玻璃平板上10～36℃培养24h后就可以产生附着胞,但最适宜的温度是18～25℃,低于15℃和高于30℃都不利于附着胞的产生。不同菌株在同一玉米品种的叶片上产生的附着胞数量不同,但是同一菌株在抗病品种和感病品种间产生的附着胞数量差异不显著。

玉米大斑病菌MAPK超家族的全基因组鉴定及途径模型建立

【目的】从全基因组水平鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)的MAPK超家族基因,并对其进行系统进化、基因结构、多重序列比对及保守位点分析,构建玉米大斑病菌中的MAPK级联途径模型,为深入研究该植物病原菌中MAPK级联途径的功能奠定基础。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过基于隐马尔科夫模型的HMMER 3.0软件搜索基因组,鉴定并获得MAPK超家族成员序列、基因组定位信息;采用MEGA 5.0软件进行系统进化分析;通过GSDS工具进行基因结构分析;利用ClustalX、MEME工具分析MAPK蛋白激酶区的保守性及保守位点。【结果】在玉米大斑病菌基因组中发现了4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。系统进化分析将MAPK分为Kss1/Fus3、Slt2、Hog1及Ime2 4类;MAPKK分为Pbs2、Ste7及Mkk1 3类;MAPKKK分为Ste11、Bck1及Ssk2 3类。基因组定位及基因结构分析表明,MAPK超家族散布在基因组中,且MAPK基因的结构最为复杂多样,MAPKK次之,MAPKKK结构最简单。多重序列比对与保守位点分析表明,玉米大斑病菌MAPK超家族的激酶结构域均高度保守,其中MAPK具有保守的"-TxY-"磷酸化位点,MAPKK含有保守的"-SD[V/I]WS-"磷酸化位点,MAPKKK含有"-G[S/T][V/P][F/M][W/Y]M[A/S]PEV-"特异性保守位点。【结论】全基因组分析表明,玉米大斑病菌中包括4个MAPK基因、3个MAPKK基因和3个MAPKKK基因。通过系统进化、基因结构及多重序列比对和保守位点分析,在玉米大斑病菌中构建了Fus3/Kss1-homolog、Slt2-homolog、Hog1-homolog和Ime2-homolog4条MAPK级联途径,其中Ime2 homolog为一条新发现的MAPK级联途径。该信息为深入解析植物病原真菌MAPK超家族的功能奠定了基础。

玉米大斑病菌ATMT突变体库的构建及其分析

【目的】利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的遗传转化技术,对玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)进行转化,构建ATMT突变体库,为从分子水平上揭示病菌的致病机理奠定基础。【方法】以带有重组双元载体的农杆菌对玉米大斑病菌进行转化,利用潮霉素B进行筛选,对抗性稳定的转化子进行PCR检测,构建玉米大斑病菌ATMT突变体库;从突变体库中随机选取一定数量的突变体,对其菌落形态、菌丝及分生孢子发育、致病性等进行分析。【结果】获得了1 265株玉米大斑病菌T-DNA插入突变体;从中随机选取36株突变菌株,对其进行抗性筛选和PCR检测,发现潮霉素磷酸转移酶基因已整合进入野生型菌株的基因组中,且能够稳定遗传;与野生型菌株相比,在供试的菌株中,大部分菌株菌落形态和生长速率没有发生明显改变。生长速率明显减慢的菌株占总数的13.8%,明显加快的菌株占16.7%;发现了2株分生孢子形态发生明显改变的菌株,占菌株总数的5.6%;产孢量明显增大的菌株占5.6%,产孢量减少的菌株占13.5%;分生孢子萌发率发生明显改变的菌株占16.6%;发现了1株致病性明显增强的菌株,占菌株总数的2.8%。【结论】构建了玉米大斑病菌ATMT突变体库,并对突变体库进行了初步分析,将为克隆玉米大斑病菌生长发育和致病性相关基因奠定基础。

玉米大斑病菌Homeobox转录因子家族全基因组鉴定及其表达规律分析

【目的】从全基因组水平上鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Homeobox转录因子家族及其分布,阐明该家族的序列及进化特征,分析该家族基因在病菌不同生长发育时期的表达规律。【方法】利用生物信息学手段搜索玉米大斑病菌全基因组数据库,鉴定Homeobox转录因子家族;采用MEGA 5.0软件进行系统进化树分析;利用在线工具GSDS(gene structure display server)(http://gsds1.cbi.pku.edu.cn/index.php)绘制基因结构图;利用Clustal X 1.83软件分析Homeobox保守结构域(HOX保守结构域)的氨基酸序列特征;利用SOPMA(https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.plpage=npsa_sopma.html)对Homeobox蛋白的二级结构进行在线预测;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)技术分析Homeobox转录因子家族在病菌不同发育时期的表达模式。【结果】在玉米大斑病菌中鉴定了8个Homeobox转录因子家族成员(St HTF1-8),根据基因结构及系统进化特征将其分为4类;亚细胞定位预测分析表明,这8个蛋白全部定位在细胞核中;该家族成员均含有HOX保守结构域,其二级结构具有特征性的"螺旋-转角-螺旋"(helix-turn-helix)结构;利用q RT-PCR技术对该家族成员在菌丝、分生孢子形成、芽管形成、附着胞及侵入丝形成等5个时期的表达规律分析,发现不同基因在病菌不同发育时期具有不同的表达水平,其中St HTF1在菌丝发育、分生孢子及附着胞形成等3个时期的表达水平相对较高,St HTF3、St HTF4在分生孢子形成时期表达水平最高,St HTF6在芽管形成时期的表达水平最高,St HTF2、St HTF5、St HTF7和St HTF8在附着胞形成时期的表达水平均较高。【结论】玉米大斑病菌包括Homeobox转录因子家族包含8个成员,在进化上分为4大类,全部成员均分布在细胞核内,其编码蛋白质均含有保守的HOX结构域及"螺旋-转角-螺旋"空间结构;该基因家族成员在病菌不同发育时期呈现不同的表达规律。

玉米大斑病菌MAPK基因St IME2的基因组定位、蛋白质结构预测及表达分析

【目的】确定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)MAPK基因St IME2在基因组中的位置;系统解析目的蛋白质St Ime2的结构特征;分析玉米大斑病菌St IME2在不同发育时期及不同胁迫条件下(温度、氧胁迫、高渗胁迫)的表达,为深入研究该基因的功能奠定基础。【方法】通过本地Blast搜索玉米大斑病菌基因组数据库,确定St IME2在基因组的精确位置;利用Prot Param在线分析St Ime2蛋白的理化性质,利用SOMPA在线软件预测St Ime2蛋白的二级结构。通过PHYRE2在线服务器对St Ime2蛋白的三维结构进行预测。利用半定量RT-PCR方法分析不同发育时期及不同胁迫条件下St IME2的表达。【结果】玉米大斑病菌St IME2为一类与酿酒酵母中Sc IME2具有较高同源性的基因,为在植物病原真菌中鲜有报道的MAPK基因。该基因的ID为98 105,位于scaffold_7正链的1 560 184—1 562 574位置,St Ime2蛋白具有MAPK类蛋白激酶的特征性保守结构域,其二级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主,β-折叠较少且主要存在于N端,其三级结构具有1个较小的N端域和1个较大的C端域;该基因在病菌分生孢子时期表达量最高,附着胞发育时期表达量最低。将病菌置于不同温度条件下处理,发现培养温度为28℃时St IME2表达量达到最高。在高渗胁迫条件下,随Na Cl浓度的增加,St IME2的表达量逐渐增加,但在较高胁迫条件下(0.8 mol·L-1 Na Cl),该基因表达几乎被完全抑制。经H2O2胁迫处理后,St IME2的表达量随H2O2的浓度增加而增强,在10 mmol·L-1 H2O2的处理下表达量最高。【结论】玉米大斑病菌St IME2位于scaffold_7正链的1 560 184—1 562 574位置。St Ime2蛋白具有MAPK激酶的所有特征性保守结构域,为一类功能鲜有报道的MAPK蛋白激酶。该基因在玉米大斑病菌分生孢子时期表达量最高,推测可能在调控病菌分生孢子发育过程中起重要作用。该基因的表达水平可随培养温度的变化而变化,28℃表达量最高。该基因可能参与病菌的高渗胁迫及氧胁迫反应。

玉米大斑病菌有性杂交后代的交配型与寄生适合度分化

【目的】了解玉米大斑病菌有性杂交后代交配型和致病性分化情况,明确有性杂交与菌株变异间的关系。【方法】以01-12和01-15为出发菌株,人工诱导玉米大斑病菌的有性后代,获得F1代菌株,再以F1代菌株40和42为亲本,获得有性杂交F2代菌株;对有性后代进行交配型和寄生适合度测定;采用毛细管电泳技术分析不同致病类型菌株的毒素含量。【结果】在室内条件下连续诱导产生玉米大斑病菌的2个有性世代,获得了79个F1代菌株和32个F2代菌株;后代菌株的交配型发生了明显分化,出现了A、a、Aa和中性菌株,其中F1代A、a分离比例明显偏离1﹕1;寄生适合度测定结果表明,F1代和F2代菌株较亲本均发生了寄生适合度分化,其中F1代中较亲本寄生适合度增强的菌株占30.00%,减弱的菌株占50.00%;F2代中较亲本寄生适合度增强的菌株占21.87%,减弱的菌株占31.25%;毛细管电泳结果表明,强致病力菌株的毒性组分含量明显高于弱致病力菌株。【结论】有性杂交是导致菌株交配型及致病性发生分化变异的主要因素之一,菌株的致病力强弱与其毒素含量呈一致关系。

玉米大斑病菌转录因子StSte12的活性及其对酵母生长的功能互补分析

【目的】分析玉米大斑病菌StSte12的结构、转录活性及功能。【方法】利用生物信息学方法,对获得的StSte12进行保守结构域和进化树分析,推测该基因的功能;利用β-半乳糖苷酶法检测StSte12的转录活性;将StSTE12转化至酿酒酵母ScSTE12基因缺失突变体ste12Δ中,筛选酿酒酵母ScSTE12的功能互补突变体并对其分析,验证玉米大斑病菌StSTE12的功能。【结果】通过蛋白比对发现StSte12具有转录因子特有的STE homeodomain和ZnF_C2H2锌指结构;同源性分析显示,该基因与其它植物病原真菌的STE12-like基因有较高的同源性;利用β-半乳糖苷酶法检测发现,StSte12具有转录激活活性;酵母互补试验表明,StSTE12可以回复酿酒酵母ste12Δ的功能,能够调控酵母细胞的生长。【结论】玉米大斑病菌StSTE12属于STE12-like基因;转录因子StSte12具有转录活性;对酵母细胞在YPD培养基上的侵入生长有重要的调控作用。