甘蔗黑穗病菌拮抗细菌的筛选及鉴定

从甘蔗根际土壤及甘蔗不同组织内分离到的928个细菌菌株中,对甘蔗黑穗病菌有拮抗作用的细菌菌株有301个,占32.4%,其中拮抗能力强(拮抗带大于10mm)的菌株有18个,占1.9%。经在KBA培养基上培养,发现具有拮抗作用的细菌主要是荧光菌和非荧光菌中的白色菌群。在18个拮抗性强的菌株中,13个菌株来自甘蔗的茎、芽(生长点),占72%;5个菌株来自根际土壤,占28%;12个菌株为革兰氏阳性细菌中的芽孢杆菌属;6个菌株为革兰氏阴性细菌,其中4个菌株分别为假单胞杆菌属、不动杆菌属、伯克氏菌属及沙雷氏菌属,其余2个菌株有待进一步鉴定。

甘蔗黑穗病菌拮抗菌HAS的筛选和鉴定

采用传统形态学鉴定及16S rRNA基因序列分析,筛选鉴定对甘蔗黑穗病菌具有拮抗作用的细菌的归属,并采用细菌的通用引物P0、P6扩增16S rRNA基因片段。结果表明:得到1 533 bp的DNA片段,其序列与枯草芽孢杆菌序列的同源性高达99%。其形态学特征:菌体为短杆状,能运动;革兰氏阳性反应;3%KOH溶解性实验呈阴性反应;有鞭毛,鞭毛周生;芽孢中生,椭圆形,孢囊稍膨大,初步将该菌株归属为枯草芽孢杆菌。与病原真菌对峙培养的结果表明,该菌对引起甘蔗和其它作物病害的多个植物病原真菌均具有很好的抑制作用。据此,可将分离的菌株HAS确定为对甘蔗黑穗病菌有较好防治效果的枯草芽孢杆菌。

甘蔗黑穗病菌冬孢子生物学特性及杀菌剂对其萌发的影响

通过对甘蔗黑穗病菌冬孢子的生物学特性研究,明确了该菌冬孢子萌发的适宜温度范围为25～30℃,28℃为最佳。中性或偏酸性、高湿度、氧气充足等条件,均有利于孢子的萌发。光照对孢子萌发的影响不大。甘油、蔗糖、葡萄糖、甘露醇、乳糖等5种碳源以及L-脯氨酸、L-酪氨酸、硝酸钠、L-天冬氨酸、硫酸铵、L-谷氨酰胺等6种氮源均有利于甘蔗黑穗菌冬孢子的萌发。2种供试药剂的各浓度中,均是三唑酮的萌发率低于五氯硝基苯的,即三唑酮的抑制效果要好于五氯硝基苯。

8种杀菌剂对甘蔗黑穗病菌的室内毒力测定

【目的】研究8种杀菌剂对甘蔗黑穗病菌的室内毒力,为甘蔗黑穗病药剂防治提供科学依据。【方法】采用冬孢子萌发抑制法、担孢子增殖抑制法及菌落生长速率法测定8种杀菌剂对甘蔗黑穗病菌的生物活性。【结果】嘧菌酯、苯醚甲环唑·嘧菌酯、噻呋酰胺、吡唑醚菌酯、吡唑醚菌酯·啶酰菌胺、啶酰菌胺、苯醚甲环唑对甘蔗黑穗病菌冬孢子萌发具有很好的生物活性,EC50分别为0.0117、0.0234、0.0636、0.1238、0.1441、13.7620和25.9300μg/mL,而丙环唑的活性较低,EC50为155.5000μg/mL。啶酰菌胺对甘蔗黑穗病菌担孢子增殖没有抑制作用,除嘧菌酯对"+"、"-"两种担孢子增殖的EC50分别为4.3250和5.3040μg/mL外,其余药剂的EC50均小于1.0000μg/mL。对甘蔗黑穗病菌菌丝生长抑制作用较好的药剂依次为丙环唑、苯醚甲环唑、噻呋酰胺、苯醚甲环唑·嘧菌酯、吡唑醚菌酯、吡唑醚菌酯·啶酰菌胺、啶酰菌胺,EC50分别为0.0145、0.0643、0.1291、0.1689、0.2535、0.6767和4.8610μg/mL,嘧菌酯对菌丝生长的抑制作用稍差,EC50为94.5000μg/mL。【结论】供试8种杀菌剂对甘蔗黑穗病菌不同生长时期均具有不同的生物活性,可进一步开展这些杀菌剂的田间药效防治试验。

一株甘蔗黑穗病菌的分离与系统发育分析

甘蔗黑穗病是由黑粉菌(Ustilago scitaminea Syd.)引起的一种世界性病害,严重危害甘蔗的生产,对该病病原菌的研究有助于甘蔗抗黑穗病育种。由于rDNA序列兼具保守区域和进化水平不同所致可变区,因此,rDNA序列分析是研究真菌系统发育、分类鉴定和分子检测非常有效的手段。笔者采用单孢分离方法,从高抗品种NCo376的病株上分离单孢,培养菌丝体,提取基因组DNA,分析其rD-NA序列,以期丰富该真菌的遗传多样性研究。用真菌rDNA序列分析的通用引物ITS1和ITS4,通过ITS-PCR得到目的片段,克隆在pMD18-T载体上后进行测序,结果显示该片段的长度为692bp,与Genebank中已报道的真菌序列进行Blast和系统发育树分析,表明所获得的序列与Sporisorium属真菌具有更高的亲缘关系,而与Ustilago属真菌的亲缘关系较远,这与一直沿用的甘蔗黑穗病菌的命名似乎并不吻合,有待进行更多的研究以证实。

甘蔗黑穗病菌DNA提取及PCR检测

本研究利用尿素混合液直接从甘蔗黑穗病菌孢子提取基因组DNA进行PCR检测鉴定,经过反复试验,建立了一种简便、快速的检测鉴定方法。利用建立的方法对12个甘蔗黑穗病样品进行病菌基因组DNA提取,将甘蔗黑穗病菌特异性引物进行PCR检测,均扩增出大小为420 bp的预期DNA片段条带。PCR扩增产物经克隆测序,与GenBank数据库中的甘蔗黑穗病病原菌序列比对,同源性达99%。

甘蔗黑穗病菌的快速检测

利用分子生物学方法对甘蔗黑穗病菌进行了检测,建立了该病原菌的快速检测方法。从田间采集样本,在马丁氏培养基上分离获得甘蔗黑穗病菌的单菌落,经培养获得大量菌体,提取菌体基因组DNA并进行PCR检测,证明获得了甘蔗黑穗病的病原菌。该方法能简便、快速、准确、有效的检测甘蔗黑穗病菌,结果稳定、可靠。建立快速有效的检测甘蔗黑穗病的方法,将为甘蔗抗黑穗病育种工作提供方便。

甘蔗黑穗病菌拮抗性芽孢杆菌的抗菌作用与伊枯草菌素A的产生有关

选择对甘蔗黑穗病菌有拮抗作用的 5个革兰氏阳性芽孢杆菌拮抗菌株和 3个革兰氏阴性拮抗细菌菌株 ,用 PCR技术 ,扩增抗霉菌枯草杆菌素操纵元中 myc B基因。结果是 ,5个革兰氏阳性芽孢杆菌拮抗菌株均扩增出一条大小为 2 .0 kb左右的特异带 ,革兰氏阳性芽孢杆菌基因组的 PCR产物和伊枯草菌素 A合成酶操纵元中的 Itu B基因的同源性为 97%～ 98% ,说明其抗菌作用机制和 Iturin类群脂肽抗生素的产生有关。 3个革兰氏阴性拮抗细菌中 ,没有扩增到基因 ,其抗菌作用机制有待进一步研究。

甘蔗黑穗病菌和赤腐病菌双重PCR检测体系的建立

目前,针对甘蔗黑穗病菌与赤腐病菌单个病菌检测体系已相继建立,但是仍然未见两个病原菌的双重PCR检测方法。在本研究中,根据黑穗病菌交配型b E基因、甘蔗赤腐病菌特异性SCAR片段序列的特异性引物,在二者单一PCR检测体系的基础上,建立并优化可同时检测黑穗病菌和赤腐病菌的双重PCR检测方法。建立的双重PCR检测体系可从黑穗病菌与赤腐病菌样品中分别扩增出320 bp和442 bp的特异条带。灵敏度分析结果表明,对混合模板黑穗病菌与赤腐病菌的最低检测水平量均为0.1ng。

甘蔗黑穗病菌SCoT-PCR反应体系优化与引物筛选

以甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)交配型菌株基因组DNA为模板,在单因素优化试验的基础上,采用L16(45)正交试验设计,对影响甘蔗黑穗病菌SCoT-PCR反应体系的Mg2+、dNTPs、引物、r Taq DNA聚合酶和模板用量5个因素进行优化,建立优化的甘蔗黑穗病菌SCoT-PCR反应体系:DNA模板12.50ng、dNTPs 0.17mmol/L、引物0.46μmol/L、Mg2+1.7 mmol/L、r Taq DNA聚合酶0.85U、1×Buffer(Mg2+free),总体积25μL。应用优化体系从30条SCoT引物中筛选扩增条带清晰且多态性丰富的10条引物,并利用这10条引物对10份地理来源和寄主来源不同的甘蔗黑穗病菌交配型菌株基因组DNA进行SCoT标记,结果共扩增出86条带,多态性比率为58.67%,平均每条引物扩增8.60条。UPGMA聚类分析结果表明:在遗传相似系数为0.75的水平上,可将10个菌株分为3类,聚类结果与菌株的地理来源有一定的相关性。

不同遗传类群甘蔗黑穗病菌分离物与甘蔗互作防御酶差异的研究

为研究来源于不同遗传类群甘蔗黑穗病菌分离物侵染寄主甘蔗防御酶活性变化差异,采用注射接种法,将5个不同遗传类群的代表分离物（分离物编号依次为16,24,25,47,89号）侵染抗病甘蔗品种Q171和感病甘蔗品种ROC22,测定甘蔗与甘蔗黑穗病菌分离物互作过程中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和多酚氧化酶（PPO）的活性变化。结果表明：5株分离物侵染引起的寄主甘蔗SOD、POD、CAT活性变化曲线中均存在2个酶峰值,抗病甘蔗品种Q171中PPO和感病甘蔗品种ROC22中PAL也存在2个酶峰值,接种后1 d出现峰值Ⅰ,接种后3~5 d出现峰值Ⅱ。其中峰值Ⅱ时期,5株分离物侵染的甘蔗上述5种防御酶活性均高于对照,但不同分离物侵染的甘蔗SOD、POD、PAL活性的峰值Ⅱ大小及出现时间表现出差异,尤其是89号分离物峰值Ⅱ比其余4个分离物峰值Ⅱ出现时间提早1~2 d且峰值差异明显。初步认为89号分离物可能代表着与其他分离物不同的致病型生理小种。

硅对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果研究

由鞭黑粉菌(Sporisorium scitamineum)引起的黑穗病是甘蔗(Saccharum spp.)生产上最重要的真菌病害。硅是植物生长过程中的有益矿质元素,能够提高植物对生物和非生物胁迫的抗性。目前,关于外源硅对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌作用尚未见报道。本研究以硅酸钠(sodium silicate,Na_(2)SiO_(3))和硅酸钾(potassium silicate,K_(2)SiO_(3))处理甘蔗黑穗病菌,观察黑穗病菌的孢子萌发、菌落直径和菌丝生长情况,评价不同硅剂和pH对甘蔗黑穗病菌的体外抑菌效果。结果显示,0.5~20.0 mmol/L Na_(2)SiO_(3)和K_(2)SiO_(3)均完全抑制甘蔗黑穗病菌的孢子萌发,但1.0 mmol/L Na_(2)SiO_(3)促进甘蔗黑穗病菌菌落和菌丝的生长,10.0、20.0 mmol/L Na_(2)SiO_(3)和K_(2)SiO_(3)则显著抑制菌落和菌丝的生长,表明Na_(2)SiO_(3)和K_(2)SiO_(3)均会影响甘蔗黑穗病菌的生长,高浓度Na_(2)SiO_(3)和K_(2)SiO_(3)的抑菌效果明显。在不同pH条件下,低pH(5.87~10.86)处理下的甘蔗黑穗病菌孢子有萌发,但其萌发率随着pH的增大逐渐降低,高pH(≥10.96)完全抑制孢子萌发,此外,pH为9.40和11.57对菌落直径的抑制效果明显。调整pH为6.0的低浓度Na_(2)SiO_(3)(0~5.0 mmol/L)和K_(2)SiO_(3)(0~3.5 mmol/L)对孢子萌发影响小,但pH为6.0的高浓度Na_(2)SiO_(3)(7.0~20.0 mmol/L)和K_(2)SiO_(3)(5.0~20.0 mmol/L)显著抑制孢子萌发,表明相同pH水平下的K_(2)SiO_(3)比Na_(2)SiO_(3)及其对应pH处理对甘蔗黑穗病菌孢子萌发的抑制作用更为明显。研究结果为外源硅在甘蔗抗黑穗病的药效试验和防治机理研究提供参考。

甘蔗与黑穗病菌互作的叶片差异蛋白分析

以高抗和高感黑穗病(Ustilago scitaminea Syd)的甘蔗(Saccharum complex)品种NCo376和Ya71-374为供试材料,在接种甘蔗黑穗病菌后分离叶片全蛋白,采用双向电泳技术,分析甘蔗黑穗病菌侵染后甘蔗叶片蛋白质表达谱的变化。研究结果表明,病菌侵染后,品种间、同一品种接种与对照间的叶片蛋白质表达谱均存在明显差异,部分表达上调,有些表达下调。对抗感病品种接种组中2个上调表达的蛋白质点的质谱进行进一步分析,其中一个是NBS类型的抗性蛋白,另一个是rieske Fe-S precursor protein,推测它们可能在甘蔗对黑穗病菌侵染的应答中起不同的重要作用。

甘蔗黑穗病菌RNA干扰相关基因ssdcl的功能研究

甘蔗黑穗病菌(Sporisorium scitamineum)是典型的二型态真菌,由其引起的甘蔗黑穗病是一个全球性的病害,对甘蔗产量和含糖量造成巨大损失。RNA干扰是一种保守的小RNA介导的转录后基因沉默机制。目前甘蔗黑穗病菌的RNA干扰系统尚未明确。本研究用蛋白保守结构域对甘蔗黑穗病菌基因组进行搜索,发现了一个RNA干扰组件DICER-LIKE (SsDcl)蛋白。序列分析显示此蛋白具有剪切双链RNA所必需的RNaseⅢ结构域和双链RNA识别区域。为了研究ssdcl基因的功能,本研究以甘蔗黑穗病菌单倍体JG36为出发菌株,构建了ssdcl基因的缺失突变株。与野生型相比,Δssdcl突变体的生长速度较慢,与野生型JG35配合后形成的二倍体菌丝更为细小,且分支较多,表明ssdcl基因的缺失可能影响了黑穗病菌菌丝的生长发育过程。另外,Northern blot和qRT-PCR的结果显示,ssdcl基因缺失突变体中milR-4的表达量下调,提示ssdcl基因在甘蔗黑穗病菌milRNAs形成过程中起重要作用。

高效甘蔗黑穗病菌原生质体的制备

原生质体质量是丝状真菌遗传转化成功的关键。本研究以甘蔗黑穗病菌为试验材料,对其原生质制备和再生的条件进行研究。结果表明,将甘蔗黑穗病菌单倍体菌株JG36摇床培养24 h,然后加入5 mg/m L溶壁酶、30 mg/m L纤维素酶和30 mg/m L蜗牛酶的混合酶液,28℃160 r/min摇床上酶解3 h。1.2 M/L Mg SO_4作为原生质体制备时的渗透压稳定剂。在此条件下,制备原生质体得率最高达86.86%,原生质体再生率达到63.26%。

生物表面活性剂鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌的体外抗菌活性

【背景】甘蔗黑穗病是一种主要的甘蔗病害,易造成甘蔗严重减产;鼠李糖脂是一种生物表面活性剂,可作为多种植物真菌病害的抑菌剂。【目的】研究生物表面活性剂鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌的体外抗菌活性及初步的抗菌机理。【方法】采用甘蔗黑穗病冬孢子萌发试验研究鼠李糖脂对甘蔗黑穗病冬孢子的抗菌作用。采用菌丝生长速率法和菌丝干重法对鼠李糖脂的体外抑菌试验进行检测;通过菌丝电导率的变化研究鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌细胞膜通透性的影响。【结果】鼠李糖脂能显著抑制甘蔗黑穗病菌孢子萌发,其中2.0 g/L鼠李糖脂对甘蔗黑穗病冬孢子萌发的抑制效果最好,抑制率达45.03%。鼠李糖脂能显著抑制甘蔗黑穗病菌双核菌丝体、单胞菌a和单胞菌b的生长。鼠李糖脂能使甘蔗黑穗病单胞菌细胞膜透性增加,与对照相比,2.0 g/L鼠李糖脂处理甘蔗黑穗病双核菌丝体0.5min后电导率升高了约9倍,处理单胞菌a30min后电导率提高了94.23%;0.1g/L鼠李糖脂处理甘蔗黑穗病单胞菌b30min后电导率升高了54.49%,随着浓度的增加,各处理电导率升高显著。【结论】鼠李糖脂对甘蔗黑穗病菌有良好的抗菌作用,有望为甘蔗黑穗病的防治提供新方法。

甘蔗β-胡萝卜素异构酶基因家族的鉴定、定位和表达分析

独脚金内酯(strigolactones, SLs)是一种广泛存在、能够抑制植物分蘖或分枝的植物激素。β-胡萝卜素异构酶(D27)是SLs合成中的关键酶,但是目前关于甘蔗D27基因家族的鉴定与分析鲜有报道。本研究通过挖掘甘蔗原始亲本之一的割手密种基因组数据鉴定了5个割手密种D27基因家族成员。系统进化树分析发现,割手密种D27s分处在3个不同系统发育分支,与高粱D27s高度同源。保守结构域预测揭示,割手密种D27s包含β-胡萝卜素异构酶的典型结构域Pfam:DUF4033。顺式元件分析结果显示,割手密种D27s主要参与调控激素和胁迫响应,以及植物生长发育等。基于甘蔗栽培种转录组数据分析发现,甘蔗割手密种D27基因家族成员(Sspon.06G0012830-1A)的同源基因同时参与甘蔗分蘖调控及黑穗病菌胁迫响应。在此基础上,我们克隆获得了甘蔗栽培种ROC22中的同源基因cDNA序列,命名为ScD27.1 (GenBank登录号为MT499895)。生物信息学分析结果显示, ScD27.1编码266个氨基酸,其蛋白等电点为8.91,分子量为30.00 kD,是不稳定蛋白且定位于叶绿体。二级结构主要包括α-螺旋和无规则卷曲,具有叶绿体转运肽,包含4个泛素化位点和18个磷酸化位点。qRT-PCR表达分析表明,ScD27.1基因受ABA及H2O2显著诱导表达,但对MeJA、SA胁迫响应不明显。亚细胞定位结果显示, ScD27.1蛋白可能定位于细胞膜和叶绿体,参与细胞内膜泡运输或由液泡前体、胞内运输小泡分拣运输。以上研究表明, ScD27.1基因可能参与黑穗病菌侵染诱导的甘蔗分蘖及ABA和H2O2相关信号通路。本研究为了解甘蔗ScD27.1蛋白在胞内运输和分蘖中的作用及其参与甘蔗-黑穗病菌互作提供一定的基础理论。

甘蔗真核生物翻译起始因子5A基因的克隆与表达分析

真核生物翻译起始因子5A(Eukaryotic translation initiation factor 5A,e IF5A)是一种在动植物和真菌体内普遍存在的蛋白质.为了解e IF5A基因在甘蔗应答生物逆境胁迫中的作用,本研究首先从黑穗病菌胁迫下甘蔗抑制消减杂交(Suppression subtractive hybridization,SSH)文库中获得一条与玉米e IF5A基因(Gen Bank Accession Num ber:EU958725.1)同源性为93%的甘蔗EST序列;其次,以此序列作为探针,通过电子克隆技术获得一条甘蔗e IF5A基因的c DNA拼接序列;最后,经RT-PCR扩增和测序验证,结果显示电子克隆序列与测序序列一致,将该序列命名为Sce IF5A(Gen Bank Acce ssion Number:KJ577595).生物信息学分析显示,Sce IF5A基因c DNA全长1 174 bp,含有长度为483 bp、编码160个氨基酸的完整开放读码框;Sce IF5A蛋白是酸性稳定蛋白,分子量(Mr)为17 453.6,含有12个保守氨基酸序列,推测定位于细胞质.实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,RT-qPCR)分析结果表明,在黑穗病菌、水杨酸、茉莉酸甲酯、脱落酸胁迫下,Sce IF5A均上调表达,推测Sce IF5A基因在甘蔗响应黑穗病菌侵染过程中被诱导表达,且其表达受内源激素信号通路的调控.本研究获得的Sce IF5A基因的结构特征和功能作用模式为研究该基因在甘蔗与黑穗病菌互作中的作用积累了基础数据.

甘蔗泛素结合酶基因的克隆与表达

为克隆鉴定甘蔗泛素结合酶基因（Sugarcane ubiquitin-conjugating enzyme,ScUBc E2）并探索其在激素信号通路和甘蔗与黑穗病互作过程中的作用,选择黑穗病菌胁迫下甘蔗抑制消减杂交文库（Suppression subtractive hybridization,SSH）中注释为泛素结合酶的差异表达EST序列为探针,结合电子克隆技术和RT-PCR技术,以甘蔗cDNA为模板进行泛素结合酶基因克隆.对克隆获得的序列进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术分析该基因在甘蔗根、蔗髓、叶、芽中的组织特异性表达以及在黑穗病菌、茉莉酸甲酯（Methyl jasmonate,Me JA）、脱落酸（Abscisic acid,ABA）和水杨酸（Salicylic acid,SA）胁迫下的表达情况.最终克隆得到一条长度为699 bp的甘蔗泛素结合酶基因（ScUBc E2;Gen Bank accession number：KJ577594.1）,该基因包含长度为447 bp的完整开放读码框,编码148个氨基酸.生物信息学分析结果显示,ScUBc E2编码的蛋白分子量（Mr）为16.507×10^3;无信号肽,为碱性不稳定的亲水蛋白;包含4个α螺旋、4个β折叠和一些无规则卷曲;第15位氨基酸为泛素化位点,74-89位氨基酸为活性位点;在进化过程中与高粱泛素结合酶基因的亲缘关系最近.qRT-PCR分析结果表明,ScUBc E2基因组成型表达,但在芽中的表达量最高;其表达在甘蔗感黑穗病基因型ROC22中受到黑穗病菌胁迫的抑制,在黑穗病抗病基因型YC05-179中则先被抑制,后被诱导;ScUBc E2基因受MeJA及SA诱导表达,对ABA胁迫的响应不明显.本研究表明,甘蔗ScUBc E2基因在抗病基因型和感病基因型甘蔗中存在不同表达模式,可能参与甘蔗与黑穗病菌的互作过程,有望为抗病育种分子标记提供潜在基因资源;同时,该基因受MeJA和SA外源激素胁迫后的表达模式,可为泛素-蛋白酶体途径及激素调控的信号转导在甘蔗与黑穗病菌互作过程中的作用提供一定的理论依据.