Fusarium graminearum sensu stricto和F.asiaticum3种分子鉴定方法的比较

Fusarium graminearum sensu stricto和F.asiaticum是中国主要的禾谷镰刀菌复合种(FGSC)成员,为了提高这2个种的鉴定效率,选取48个引起小麦赤霉病和玉米茎腐病的FGSC菌株,比较了系统发育谱系分析、PCR-RFLP(聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性)和多重PCR 3种分子鉴定方法。系统发育谱系分析首先扩增菌株的EF-1α和Tri101两个基因的部分序列,测序之后利用MEGA 6.06软件构建系统发育树,结果表明,有11个菌株与F.asiaticum聚在一起,37个菌株与F.graminearum sensu stricto聚为一枝,此法繁琐、复杂、成本高,但鉴定结果准确。PCR-RFLP基于组蛋白H3基因特殊的酶切位点,设计引物H3d StyⅠ/H3R1,通过PCR和酶切反应进行鉴定,电泳检测发现,有11个菌株为F.asiaticum,37个菌株为F.graminearum sensu stricto,该法工作量大且对操作过程要求高。多重PCR基于CYP51A基因设计特异引物Fa F/FaR和Fg F/FgR进行鉴定,电泳检测结果表明,有11个菌株为F.asiaticum,37个菌株为F.graminearum sensu stricto,此法操作简单、效率高。以上3种分子鉴定方法结果一致,但多重PCR方法具有快速、准确、高效的特点。

吉林省玉米穗腐病致病镰孢菌的鉴定与部分菌株对杀菌剂的敏感性

【目的】明确吉林省玉米穗腐病主要致病镰孢种群分布及杀菌剂对镰孢菌菌丝生长的抑制效果,为针对性地开展玉米镰孢穗腐病的防治提供依据。【方法】通过组织分离法和分子生物学方法对2020年采自吉林省36个市(县)的149份玉米穗腐病样品进行病原菌分离鉴定,利用禾谷镰孢复合种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)毒素合成相关基因特异性引物检测其产生毒素的化学型,对部分禾谷镰孢复合种进行致病力测定;采用菌丝生长速率法测定7种杀菌剂对禾谷镰孢复合种的抑制效果。【结果】分离获得233株镰孢菌,隶属4个镰孢复合种,含9种镰孢菌,包括拟轮枝镰孢(F.verticillioides)、布氏镰孢(F.boothii)、禾谷镰孢(F.graminearum)、层出镰孢(F.proliferatum)、亚洲镰孢(F.asiaticum)、厚垣镰孢(F.chlamydosporum)、藤仓镰孢(F.fujikuroi)、木贼镰孢(F.equiseti)和亚黏团镰孢(F.subglutinans),分离频率依次为33.05%、26.18%、25.32%、12.45%、0.86%、0.86%、0.43%、0.43%和0.43%,其中禾谷镰孢复合种分离频率最高,为52.36%,是吉林省玉米穗腐病的优势致病镰孢菌。布氏镰孢、禾谷镰孢和亚洲镰孢在禾谷镰孢复合种中的占比分别为50.00%、48.36%和1.46%。系统发育树结果表明禾谷镰孢复合种种间、种内遗传多样性均较为丰富。致病力测定结果表明52.73%的禾谷镰孢复合种为中致病型菌株,东部玉米主产区分离的禾谷镰孢致病力最强。毒素化学型检测表明,亚洲镰孢为雪腐镰刀烯醇(NIV)化学型,禾谷镰孢与布氏镰孢为15-乙酰基-脱氧雪腐镰刀烯醇(15-AcDON)化学型。7种杀菌剂抑制禾谷镰孢复合种菌丝生长的EC50介于0.02-19.45μg·mL^(-1),其中咯菌腈(FS)、抑霉唑(FS)、氟硅唑(EC)、戊唑醇(TC)和腈菌唑(EW)对禾谷镰孢复合种抑制效果较好且差异不大,EC50小于1.20μg·mL^(-1),EC90小于100μg·mL^(-1);30%吡唑醚菌酯抑制禾谷镰孢和布氏镰孢生长的EC50差异明显,抑制禾谷镰孢的EC50是布氏镰孢的10.24倍。【结论】吉林省不同玉米产区的玉米穗腐病的优势致病镰孢不同,东部和西部为禾谷镰孢和布氏镰孢,中部为拟轮枝镰孢。禾谷镰孢复合种种间、种内遗传多样性均较丰富。咯菌腈、抑霉唑、氟硅唑、戊唑醇和腈菌唑对禾谷镰孢复合种的抑菌效果较好且在禾谷镰孢复合种间的药剂敏感性差别不明显。

小麦中镰刀菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇污染现状与防控研究进展

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON),又称呕吐毒素,是由小麦赤霉病菌禾谷镰刀菌复合群(Fusariumgraminearum species complex)产生的单端孢霉烯族毒素,毒素在小麦籽粒中累积。作为B型单端孢霉烯族毒素,DON可以引起呕吐、拒食、腹泻、出血甚至死亡,对猪的危害尤其严重。近年来,小麦赤霉病在世界各地高频率流行,尤其在中国长江中下游小麦生产区以及黄淮部分小麦产区、美国中西部小麦主产区,导致小麦中DON毒素严重超标,并引发了严重的食品安全问题。本文对国内外小麦中DON毒素的污染现状、产毒镰刀菌种类及其化学型的分布及其趋势、毒素产生的调控机制以及小麦中DON毒素的防控途径进行了论述,希望有助于镰刀菌毒素污染小麦质量安全的风险评估、监管以及科学处置。

禾谷镰孢复合种毒素化学型及遗传多样性分析

【目的】明确不同省(自治区)引起玉米穗腐病的禾谷镰孢复合种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)的毒素化学型和它们之间的遗传差异以及亲缘关系。【方法】选用根据基因Tri13和Tri3序列设计的特异性引物分析来自11个省(自治区)的92株禾谷镰孢复合种菌株的毒素化学型;从100条哥伦比亚大学(UBC)开发的通用引物中筛选出13条扩增条带丰富、重复性好、信号强、背景清晰的引物,利用筛选出的引物对供试菌株进行ISSR-PCR扩增,使用Popgen32软件计算多态性位点百分率、Shannon’s多样性指数、群体间的遗传距离和遗传相似性;依据Nei’s遗传距离,利用NTsys2.10e软件进行UPGMA聚类分析,并构建供试菌株的聚类图。【结果】供试的92株禾谷镰孢复合种菌株的产毒素化学型有4种:DON、15-ADON、DON+15-ADON和NIV+15-ADON。其中产生DON和15-ADON的菌株分别为1株和20株;同时产生15-ADON和NIV的有1株;同时产生15-ADON和DON的有55株。筛选出的13条引物对所有供试菌株进行PCR扩增,共获得102条带,其中多态性条带101条,多态性比率为99.02%,平均每条引物产生条带为7.85条。在群体平均水平上,基因多样性指数(H)为0.3129,Shannon’s的信息指数(I)为0.4774,表明禾谷镰孢复合种存在较高的遗传多样性水平;不同地理种群间,各群体的遗传多样性水平具有一定差异,河北、山西、黑龙江和吉林种群遗传多样性最高,安徽和河南种群最低。地理种群间的基因分化系数(Gst)为0.2722,说明不同地理种群间存在一定的遗传变异,但大部分遗传变异(72.78%)发生在种群内。遗传分化系数估算的基因流值Nm=1.3372(>1),表明不同地理种群间存在一定的基因流动;遗传关系结果表明河北、山西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古和甘肃菌株群体间亲缘关系较近,山东、江苏、河南和安徽菌株间亲缘关系较近,安徽和内蒙古菌株间的亲缘关系最远。聚类分析显示所有菌株相似系数为0.43—0.95。在相似系数为0.43时,所有菌株分成2大类群,Group 1包括4株北方春播区菌株(吉林、山西和河北张家口),不产生NIV和DON;Group 2由余下的88株菌株构成,产生的毒素类型主要为DON和15-ADON,其来源于北方春播区(山西、黑龙江、吉林、辽宁、甘肃和河北张家口、唐山)和黄淮海夏播区(河北石家庄、河南、山东、江苏和安徽),在相似系数为0.664时,各类群分成不同的亚群,亚群的结果与菌株来源有一定的相关性。聚类分析结果和毒素化学型分析显示,同一地理种群的菌株多数聚在一起,个别菌株分散到不同的分支上。【结论】北方春播区和黄淮海夏播区的禾谷镰孢复合种主要的毒素化学型为DON和15-ADON。引起玉米穗腐病的禾谷镰孢复合种菌株群体内存在丰富的遗传变异,不同地理种群间存在一定的基因交流,遗传多样性与地理来源有关。

玉米穗腐病致病禾谷镰孢复合种的遗传多样性、致病力与毒素化学型分析

【目的】明确中国玉米穗腐病致病禾谷镰孢复合种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)的菌群遗传结构、致病力、毒素化学型及其相互关系,为玉米镰孢穗腐病防控提供参考信息。【方法】从中国玉米主产区采集玉米穗腐病样本,经单孢分离鉴定,选取代表性的禾谷镰孢复合种,利用22对SSR和10对VNTR引物,使用Popgen32、NTsys2.1、STRUCTURE2.3.4群体遗传学研究软件进行数据分析,结合TEF-1α、β-tubulin和RPB2基因测序构建系统发育树,分析7个地理区域禾谷镰孢复合种的遗传多样性,采用花丝通道注射接种法测定各镰孢菌的致病力,利用产毒基因特异性引物进行毒素化学型的检测。【结果】在禾谷镰孢复合种中共检测到等位位点数48个,多态性位点数39个,多态性条带比率为81.25%,每对引物扩增出多态性条带2—4条;禾谷镰孢复合种7个地理群体平均Shannon’s信息指数和Nei’s遗传多样性指数分别为0.41和0.29,7个地理区域遗传相似度集中在0.6677—0.8797,遗传距离为0.1282—0.4039,表明菌群间具有较丰富的遗传多样性。依据Nei’s遗传距离对7个地理种群进行UPGMA聚类分析,可划分为3个类群;STRUCTURE2.3.4群体结构分析表明,禾谷镰孢复合种菌群被分为2个大类群最合适,西北地区绝大部分属于类群A,华中地区和华南地区菌株均属于类群B,东北地区50%以上菌株属于类群B。TEF-1α、β-tubulin和RPB2基因序列分析表明禾谷镰孢复合种由禾谷镰孢(F.graminearum)、亚洲镰孢(F.asiaticum)、布氏镰孢(F.boothii)和南方镰孢(F.meridionale)构成,上述镰孢菌中存在142个单核苷酸多态性位点(SNP),通过这些差异序列构建的聚类图能清楚显示出各个种内与种间的遗传分化情况,各镰孢种内遗传多样性十分丰富。禾谷镰孢致病力最强,平均发病面积百分比为20.79%;亚洲镰孢、布氏镰孢和南方镰孢的平均发病面积百分比分别为15.79%、11.77%和8.12%。统计分析表明,不同镰孢种所引起的穗腐病平均发病面积占比存在显著差异。禾谷镰孢毒素化学型为15ADON、3ADON、NIV和3ADON+15ADON+NIV 4种,以15ADON为主;布氏镰孢毒素化学型为15ADON、3ADON、NIV、3ADON+15ADON和3ADON+15ADON+NIV 5种,以15ADON为主;亚洲镰孢毒素化学型只有3ADON;南方镰孢毒素化学型为15ADON、3ADON、15ADON+NIV 3种,15ADON为优势类型。此外,15ADON、NIV和3ADON毒素类型菌株平均发病面积百分比分别为17.87%、17.20%和12.37%。【结论】我国不同地理区域尤其是相邻区域禾谷镰孢复合种菌群间存在较为频繁的基因交流与交换。本研究中禾谷镰孢复合种的主要毒素化学型为15ADON,致病力由强到弱依次为禾谷镰孢>亚洲镰孢>布氏镰孢>南方镰孢。整体看来,毒素化学型与菌种类型相关性不显著,致病力主要与菌种类型有关。

利用Tri8基因区分中国小麦赤霉病菌的毒素化学型

由镰孢菌(Fusarium spp.)引起的小麦赤霉病在全世界均有发生,我国小麦赤霉病主要由禾谷镰孢菌复合种(Fusarium graminearum species complex,FGSC)所引起,根据产生单族毒素种类分为三种化学型,分别为3-乙酰脱氧雪腐镰孢菌烯醇(3-AcDON)、15-乙酰脱氧雪腐镰孢菌烯醇(15-AcDON)和雪腐镰孢菌烯醇(NIV)化学型。为了更方便地对禾谷镰孢菌复合种进行化学型的区分,本研究利用三对引物分别扩增了三种化学型菌株的Tri8基因并进行了序列测定,根据不同化学型菌株的基因序列差异,进行了特异性引物设计和筛选。利用设计的引物同时扩增三种化学型的Tri8基因并用AvaI内切酶进行酶切,根据酶切片段的大小区分三种化学型。研究表明该方法可准确有效地区分我国小麦赤霉病菌的化学型。