镰刀菌属真菌毒素在植物和病原菌互作中的研究进展

镰刀菌是世界上最重要的植物病原菌之一,可影响植物的生长发育,严重威胁全球粮食安全和生物多样性。几乎所有的镰刀菌都会产生真菌毒素,其毒素种类多、毒性强,一方面可以作为致病因子之一参与镰刀菌的致病过程,另一方面可污染粮食和饲料,进而引起人类和动物的相关病症。已有研究表明,镰刀菌侵染植物后产生的不同种类真菌毒素不仅毒害植物细胞,引起植物组织的坏死,还会加速病原菌的侵染;同时,针对病原菌产生的毒素,植物会激活防御酶并启动防御相关基因的表达,或将致病毒素转化为无毒或低毒物质并转运到胞外,或通过分泌次生代谢物直接抑制病原菌毒素的生物合成。为全面解析镰刀菌毒素在病原菌侵染植物中的作用,提高植物对病原菌的抗性,该文综述了镰刀菌属真菌毒素的种类、毒性机理以及毒素在植物和病原菌互作中的作用,并讨论了植物对真菌毒素的防御反应策略,以期为镰刀菌毒素致病机制和病原菌防治策略研究提供参考。

cDNA—AFLP技术及其在植物与病原菌互作方面的应用

cDNA—AFLP技术是近年来兴起的一种新的分子生物学实验技术,它具有起始材料量少、重复性好、假阳性低、检测率高等优点,在植物与病原菌互作研究中得到了广泛的应用。文章介绍了cDNA—AFLP技术的建立、原理和特点,并概述了该技术在植物与病原菌互作方面的新进展。

拟轮枝镰孢与玉米籽粒互作的差异基因筛选及代谢通路分析

【目的】拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)引起的玉米穗腐病是我国玉米产区发生严重的病害之一,论文旨在了解病原菌与玉米籽粒互作过程中的基因表达差异,为揭示病原菌的致病机制和玉米抗病机制提供依据。【方法】对拟轮枝镰孢侵染玉米籽粒0、4、12和72 h的样品进行转录组测序,之后采用生物信息学分析,分别以玉米和拟轮枝镰孢基因组为参考,以|log_(2)FC|≥1,P-adjust<0.05为阈值筛选互作过程中玉米和拟轮枝镰孢的差异表达基因,利用GO和KEGG对其进行功能注释及富集分析。Goatools软件分析植物-病原互作、MAPK途径和植物激素信号转导通路相关差异基因的表达变化,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法对测序差异基因进行验证。【结果】在互作4、12和72 h后拟轮枝镰孢分别有140、400和1945个基因上调表达,有9、302和1784个基因下调表达;玉米分别有293、692和1426个基因上调表达,320、482和153个基因下调表达。GO和KEGG富集分析显示,侵染早期拟轮枝镰孢在细胞间隙生长,差异基因主要富集在RNA生物合成、细胞壁结构成分、脂肪酸生物合成、蛋白质代谢、碳水化合物代谢、生物过程和代谢过程等通路中。拟轮枝镰孢早期侵染触发了玉米活性氧(ROS)爆发,差异基因主要富集在对活性氧、过氧化氢的反应,几丁质酶、单加氧酶活性,木质素代谢过程等相关通路中。侵染后期拟轮枝镰孢继续在籽粒中定殖及扩展,差异基因主要富集在碳水化合物和细胞壁多糖分解代谢过程、跨膜转运、氧化还原酶活性等功能通路中。玉米主要通过苯丙素、木质素、类黄酮生物合成,MAPK信号通路、植物-病原互作和植物激素信号转导等途径差异基因大量表达响应病原菌侵染。随机选取6个玉米和6个拟轮枝镰孢的差异表达基因进行qRT-PCR分析,基因表达规律与转录组测序结果一致,证实了RNA-seq的准确性。【结论】在病原菌侵染早期,拟轮枝镰孢在细胞间隙生长,触发玉米活性氧爆发,相关通路差异基因表达;侵染中后期,病原菌以淀粉为营养素,继续在籽粒中定殖及扩展,玉米通过苯丙素、木质素及几丁质酶的生物合成等方面的相关基因表达响应拟轮枝镰孢侵染,同时植物-病原互作、MAPK途径和激素信号转导等途径参与抗拟轮枝镰孢侵染。

植物抗病基因与病原菌无毒基因互作的分子基础

近10年来,大量的植物抗病基因和病原菌无毒基因被克隆,抗病基因和无毒基因的结构、功能及其互作关系的研究也取得重大进展。通过介绍抗病基因与无毒基因互作的两种模式,从抗病基因与病原菌无毒基因互作角度探讨了抗病基因在植物抗病育种和农作物生产中应用的问题,提出抗细菌和真菌单基因转化很难赋予农作物切实抗性。

苹果腐烂病病原—寄主互作机制及综合防控研究进展

腐烂病是我国乃至东亚苹果产业的重大真菌病害,其病原菌为黑腐皮壳菌(Valsa mali, Vm)。因其危害的严重性,国内外已在病原-寄主互作机制和综合防控等方面开展了深入系统的研究:鉴定了Vm致病因子如降解酶类物质(果胶酶和根皮苷降解酶等)、毒性次生代谢物(聚酮合成酶,PKS;非核糖体多肽合成酶,NRPS;PKS-NRPS杂合体;异香豆素类物质等)、分泌蛋白、转录因子等;在抗病方面,筛选出'三叶海棠’(Malus. sieboldii)'、德钦海棠’(M. sikkimi-mensis)和'平邑甜茶’(M. hupehesis)等抗病砧木资源和'红玉'’优金’和'小町’等抗性较强的品种,发现了参与抗病的信号分子包括几丁质、激素(如茉莉酸,JA;水杨酸,SA;脱落酸,ABA等)和R基因等;在病害防控方面,提倡将早期诊断与检测、抗病育种、果园管理、病斑处理和生物防治相结合的综合防控措施。笔者围绕以上几个方面的最新进展作一综述,为开展更深入的研究和有效防控提供参考。

富含羟脯氨酸糖蛋白在植物-病原物相互作用中的积累、作用及调控

在受到病原物侵染以及诱发物和乙烯等处理后,植物体内就会积累含羟脯氨酸糖蛋白 (HRGP)。在植物—病原物的相互作用过程中,HRGP可能作为凝集素、木质素沉积位点和结构屏障而在抗病性中起作用。HRGP合成与积累的调控主要在其相应的mRNA水平上进行。乙烯参与了HRGP的调控。

ABA在植物-病原菌互作中的多重作用

对ABA的生物合成途径、在植物抗/感反应中的作用以及ABA与其他激素互作对植物抗病性的调控机制等方面进行了综述。

海岛棉与枯萎病菌的互作转录组分析

棉花枯萎病是棉花生产中常见的一种病害,目前在海岛棉中发病严重,直接影响海岛棉产量和品质,对海岛棉产业发展造成巨大威胁。为解析棉花与枯萎病菌尖孢镰刀菌互作的分子机制,以尖孢镰刀菌侵染48 h的抗感棉花根部组织及致病菌体为材料,利用RNA-seq测序技术分析尖孢镰刀菌与棉花互作的基因表达特性。结果表明,在抗感棉花品种中分别检测到15 218和9 358个差异基因,在侵染抗感棉花品种的尖孢镰刀菌中分别检测到3 708和3 656个差异基因。GO功能富集分析发现,互作后棉花中主要为氧化应激反应、生长素-激活信号通路、对刺激的反应、对受伤的反应和转录因子活性等基因功能;KEGG显著富集到内吞作用、植物激素信号转导、氨基酸生物合成、碳代谢、植物-病原菌互作、苯丙烷类生物合成等代谢途径,抗病品种在调控对刺激的反应和对受伤的反应中上调显著。GO功能富集分析发现,互作后尖孢镰刀菌中的差异表达基因多参与膜的组成部分、催化活性调节、ATP结合等类别;KEGG显著富集到过氧化物酶体,丝裂原活化蛋白激酶信号通路,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,碳代谢,氨基酸生物合成,淀粉和蔗糖代谢等通路。本研究为棉花响应枯萎病胁迫以及尖孢镰刀菌致病性研究提供了丰富的基因资源,为深入解析尖孢镰刀菌与棉花互作的机制研究奠定基础。

小麦-小麦锈菌互作中相互识别的研究进展

寄主-病原物互作是当今植物病理学研究的热点领域,而两者互作中的识别则是研究的重点。小麦锈病作为植物病理学研究中的经典病害,小麦-锈菌相互识别的研究已达到很深的程度。本文从分子水平、细胞水平、组织水平及识别物质方面论述了小麦-小麦锈菌互作中相互识别的研究进展,并对两者识别的研究方向进行了展望。

香蕉与枯萎病菌4号小种互作过程中防御酶活性的变化

为探讨香蕉被枯萎病菌4号小种(Fusarium oxysporum f.sp.cubense race 4)侵染后防御酶活性的变化规律,采用伤根浸孢子液接种法,对粉蕉(ABB)和巴西蕉(AAA)的香蕉苗进行人工接种试验,测定香蕉苗与枯萎病菌互作过程中苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)5种防御酶的活性变化。结果表明:接种的香蕉苗体内PAL、POD、PPO和SOD酶活性都高于未接种的对照香蕉苗,且各种酶活性变化也比未接种的变化复杂,表明这4种酶在枯萎病菌侵染过程中积极参与了香蕉苗体内的抗病反应;但接种与未接种的香蕉苗体内CAT活性变化大致相似,表明CAT活性的变化与枯萎病菌的侵染无关。

植物病毒载体在植病互作研究中的应用

在植物与病原菌互作的研究中,植物抗性基因和病原菌无毒基因的研究是两个重要的热点。利用植物病毒沉默载体构建的VIGS(Virus Induced Gene Silencing)体系研究植物的防御机制;利用植物病毒表达载体克隆和研究病原菌的无毒基因,将使我们更深刻地理解植物和病原菌互作的分子机理,最终为培育番茄白粉病持久抗性品种打下理论基础。对植物病毒载体的研究进行了综述并就我们承担的课题进行了讨论。

人工智能在宿主与病原体蛋白质互作预测中的应用进展

宿主与病原体之间的蛋白质-蛋白质互作(Host-pathogen protein-protein interaction,HP-PPI)是病原体感染宿主的关键分子事件,准确识别HP-PPI对于理解宿主的免疫防御机制、病原体的致病机制,以及研发抗感染药物都具有重要意义。近年来,蛋白质互作实验技术的发展及其在宿主与病原体互作研究中的应用,积累了大量的HPPPI数据,于是人工智能技术逐渐在HP-PPI预测研究领域中脱颖而出。本文综述了人工智能方法在HP-PPI预测研究领域中的应用,首先介绍了基于人工智能方法识别HP-PPI的任务流程,总结了收录HP-PPI数据的常用数据库;然后重点对机器学习和深度学习两大类人工智能方法在HP-PPI预测研究领域中的应用进行分类归纳,介绍了部分经典算法模型的基本原理、特征选择和模型评估结果等;最后,分析了人工智能方法预测HP-PPI面临的问题及挑战,以期为宿主与病原体互作研究领域的科研人员提供思路和参考。

葡萄霜霉菌株的收集及侵染12个葡萄品种后症状差异分析

葡萄霜霉病的广泛传播会对我国葡萄的产量及质量造成极大的危害。为了科学地防治葡萄霜霉病的传播,从江苏、浙江和上海等长三角省(市)的葡萄栽培区采集编号为BS的霜霉菌菌株样品进行鉴定,之后以12个葡萄品种为寄主材料进行致病力试验。将霜霉菌株侵染葡萄后的表型划分为5类:易感病(A型)、感病(B型)、较感病(C型)、较抗病(D型)、抗病(E型)。结果表明,17份菌株的致病力程度多在A型到C型之间,具有欧亚种背景的葡萄品种对所有菌株均较感病,其中以紫甜无核和黑比诺最为感病(A型);3种砧木葡萄对其中12份菌株较为抗病,叶片侵染部位有超敏反应的坏死斑点,其中以砧木Kober 5BB最抗病(E型);具有欧美杂交背景的品种抗病性居中,其中以夏黑和阳光玫瑰较为抗病(D型)。为了验证该分级系统的可行性,挑选了E型葡萄品种砧木Kober 5BB和A型葡萄品种紫甜无核进行进一步的致病力测试和霜霉孢子囊形态观察,发现试验结果一致。该研究为不同遗传背景的葡萄抗病杂交育种提供了一定的理论基础。

柑橘黄龙病菌与寄主互作的分子机制研究进展

黄龙病菌为韧皮部杆菌,属难培养细菌,至今无法分离并进行人工继代培养,柑橘生产中尚无有效根治措施,也无可利用的抗病品种。本文中就黄龙病菌及其致病机制、柑橘抗(耐)黄龙病机制与抗病资源发掘等方面,综述柑橘黄龙病菌与寄主互作的分子机制研究进展,基于基因编辑等分子辅助育种技术对柑橘抗病育种进程提出展望,为后续深入解析黄龙病致病机理及抗性育种提供理论参考和基因资源信息。

基于立枯丝核菌侵染结缕草转录组数据的植物-病原菌互作分析

植物进化出复杂而精准的信号网络以调控寄主细胞响应病原菌侵染。为探究植物与病原菌互作过程的分子机制,本研究基于立枯丝核菌侵染结缕草的Zoysia·Unigene库与差异表达基因库,利用生物信息学分析主要生物代谢过程并筛选出结缕草与立枯丝核菌互作的分子过程,发现Ca2+调节与磷酸化两条路径与结缕草响应立枯丝核菌密切相关,且侵染24 h是互作的重要时间节点。本研究揭示结缕草与立枯丝核菌互作的分子机制,以期为草坪草在抗褐斑病的分子机制方面的研究提供理论依据。

肿瘤内细菌调控肿瘤细胞可塑性研究进展与展望

病原微生物与宿主细胞的交流与互作机制是生物医学领域的重要科学问题。随着单细胞分析和多组学研究模式的拓展,该领域迎来了新的科研突破。最新研究表明,肿瘤内细菌通过与肿瘤细胞及肿瘤免疫细胞互作改变肿瘤的演进和可塑性。为此,进一步解析肿瘤内细菌与宿主细胞之间的相互作用机制有望为靶向干预肿瘤发展与演进提供新的思路。本文综述了肿瘤内细菌与肿瘤细胞可塑性的研究进展,并展望了未来在制定肿瘤的精准治疗和新的靶向策略方面的潜在启示。

家蚕微孢子虫孢壁蛋白与其发芽的相关性

为了研究孢壁蛋白与家蚕微孢子虫发芽(孢原质弹出)的相关性,我们采用碳酸钾诱导微孢子虫体外发芽结合密度梯度离心的方法(简称GDGC法),收集纯化发芽后的孢子空壳(简称孢壳),对发芽液、纯化的孢壳及成熟孢子的孢壁蛋白组分进行了分析。结果表明:GDGC法可以获得高纯度孢壳,计算出其密度为1.130g/cm3;与发芽前成熟孢子提取的孢壁蛋白相比,空孢壳可以提取到主要孢壁蛋白SWP32、SWP30、SWP25,同时发现SWP32、SWP25丰度有所降低;结合碳酸钾发芽液的蛋白电泳分析,发现孢壳上丰度降低的SWP32在发芽液蛋白样品中存在,LC-MS/MS数据分析也发现SWP32、SWP30、SWP25在碳酸钾处理液中都有存在;而用碳酸钾溶液处理冷冻孢子时,未观察到发芽现象,电泳结果显示此时K2CO3溶液中只有SWP30条带,说明在碳酸钾溶液诱导的发芽过程中SWP32和SWP25从孢壳上脱落可能与发芽相关而不是被碱性的碳酸钾溶解下来的。

蛋白磷酸化修饰在植物-病原微生物互作中的作用研究进展

蛋白磷酸化修饰是植物细胞信号调控的普遍机制。植物-病原微生物互作过程中,关键调控蛋白的磷酸化状态影响免疫信号的激活。多种病原微生物通过干扰宿主蛋白的磷酸化状态攻击免疫系统,以提高致病性。该文对植物免疫调控过程中关键元件的磷酸化修饰及其在免疫信号中的调控作用进行了综述。研究植物-病原菌互作过程中关键蛋白的磷酸化修饰,有助于深入探讨植物-病原微生物互作的分子机理。该文将为寻找广谱抗病的新途径提供理论依据。

小麦秆锈病细胞间隙液的提取及注射技术研究

通过真空渗入离心法提取小麦秆锈病病组织的细胞间隙液,并采用注入法将细胞间隙液注入到健康的小麦细胞,研究了小麦秆锈病细胞间隙液对小麦叶片细胞HR的诱导作用,明确了细胞间隙液的提取和注射技术在小麦秆锈病细胞间隙液研究中利用的可行性。