番木瓜WRKY转录因子家族基因鉴定及其响应短孢炭疽菌侵染的表达分析

【目的】在全基因组水平鉴定番木瓜(Carica papaya L.)WRKY(CpWRKY)转录因子家族基因,并对其在短孢炭疽菌侵染下的表达量进行分析,为CpWRKYs家族的功能研究和利用奠定基础。【方法】采用生物信息学方法,鉴定和筛选CpWRKYs转录因子家族基因成员,并对其进行系统进化分析、基因结构分析、蛋白保守基序预测和启动子顺式作用元件分析;同时以番木瓜炭疽病耐性品种和敏感性品种为材料,利用短孢炭疽菌侵染采后果实,于0,24,48 h取样,对其转录组学数据进行分析,筛选2个品种中差异表达的CpWRKY基因,并利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)试验对筛选结果进行验证。【结果】经系统分析从番木瓜中共鉴定出48个CpWRKYs成员,分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3类;其中第Ⅱ类成员最多,可分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe 5个亚类。CpWRKYs家族成员的氨基酸残基数目为97~747个,等电点为4.83~9.71,为亲水性蛋白,大部分CpWRKYs的结构域高度保守,但有个别蛋白保守域缺失。在CpWRKYs家族中共预测到10个保守基序,其中包括含有WRKY七肽结构域的基序1、含锌指结构的基序2和同时含有七肽序列和锌指结构的基序3,其中基序3为大多数I类CpWRKY转录因子N端WRKY结构域所特有。CpWRKYs含有1~6个外显子,同一家族或亚家族成员在基因结构上表现出一定的相似性,同时在CpWRKYs启动子中检测到大量与生物胁迫和非生物胁迫相关的元件。对短孢炭疽菌侵染番木瓜的转录组数据进行分析,在番木瓜耐性品种中筛选出了特异表达的CpWRKY22、CpWRKY11、CpWRKY2、CpWRKY33和CpWRKY25,RT-qPCR检测结果显示,这些基因在耐性品种中特异上调表达,在敏感性品种中的表达量无明显变化。【结论】番木瓜WRKY家族共包括48个成员,该家族基因结构和蛋白基序具有组间差异性和组内保守性。CpWRKYs家族成员强烈响应炭疽菌侵染,其中CpWRKY22、CpWRKY11、CpWRKY2、CpWRKY33和CpWRKY25是有潜力的抗炭疽病候选基因。

番木瓜炭疽病病原鉴定及防治药剂筛选

【目的】明确广东省番木瓜果实疑似炭疽病病害的致病菌,并筛选防控该病害的适宜化学药剂,为番木瓜炭疽病的诊断和有效防治提供科学依据。【方法】在广东省广州市番木瓜果园采集番木瓜果实水渍状炭疽病疑似病果,对番木瓜病果进行组织分离及致病性测定,利用传统形态学和分子生物学方法鉴定病原菌;采用菌丝生长速率法测定8种杀菌剂对该病原菌的室内毒力。【结果】从病果样品中分离出5个形态特征相似的菌株(C1~C5),随机选取C1作为代表性菌株进行致病性测定和鉴定。致病性分析发现,番木瓜果实接种C1病原菌2 d即可表现出明显的水渍状病斑,从表现症状的部位可以重新分离到该病原菌。形态学观察发现,C1初生菌丝为白色辐射状,随后变灰白色,菌丝体上覆盖着一些橘红色分生孢子盘;孢子梗透明,有分隔;分生孢子透明,单细胞,细胞壁光滑,两端圆,形状规则呈圆柱形,壁薄,内含物呈颗粒状;分生孢子大小为13.2μm×5.1μm。这些形态学特征与短孢炭疽菌(Colletotrichum brevisporum)一致。分子生物学鉴定结果显示,供试菌株C1核糖体内转录间隔区(internal transcribed spacer,ITS)、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)、β微管蛋白(β-tubulin,TUB2)和肌动蛋白(actin,ACT)基因序列与短孢炭疽菌(C.brevisporum)模式菌株BCC 38876对应基因的序列一致性分别为100%,93%,98%和100%。系统发育树分析结果表明,供试菌株C1与短孢炭疽菌单独聚为一支。结合形态学、分子生物学、致病性及发病特征明确了导致广东省番木瓜炭疽病的病原菌为短孢炭疽菌。室内毒力测定结果显示,在8种杀菌剂中,45%咪鲜胺水乳剂对C1菌株的抑制效果最明显,抑制中浓度(EC_(50))为0.082 0 mg/L,其次为250 g/L丙环唑乳油和40%苯醚甲环唑悬浮剂,EC_(50)分别为0.263 5和9.714 3 mg/L。【结论】在中国内地首次鉴定了番木瓜果实炭疽病的致病菌短孢炭疽菌。45%咪鲜胺水乳剂、250 g/L丙环唑乳油和40%苯醚甲环唑悬浮剂对番木瓜短孢炭疽菌具有明显的抑制作用。