向日葵品种对锈病抗性的组织学和超微结构研究

为了进一步了解向日葵与向日葵锈病病菌的互作关系及品种的抗性机制,采用电子显微镜技术对向日葵品种对锈病抗性的组织学和超微结构进行研究。在电镜下观察发现,向日葵锈病菌侵染向日葵后,在感病品种和抗病品种上发育的组织学和超微结构特征有明显差异。病菌在感病品种细胞间隙分布有大量的胞间菌丝,寄主细胞发生质壁分离;叶绿体变形,叶绿体的片层结构排列零乱,直至叶绿体解体。在抗病品种上表现为菌丝生长受抑,没有观察到吸器的产生,寄主细胞的早期坏死与锈菌的发育受阻密切相关。品种的抗病性可能与饥饿阻止真菌生长有关。

向日葵锈菌侵染过程的超微结构研究

采用电子显微镜技术对向日葵锈菌的侵入和扩展过程进行了研究,结果表明,向日葵锈菌夏孢子萌发产生1个芽管,遇到合适结构的气孔后,在气孔上方形成附着胞从气孔侵入,胞间菌丝与叶肉细胞壁接触后分化出吸器母细胞,吸器母细胞进入叶肉细胞内部形成吸器。胞间菌丝在吸器母细胞处分化出次生菌丝,在叶肉细胞间扩展,病菌菌丝多在寄主细胞间隙或沿寄主细胞壁延伸。在病原菌侵染早期,寄主细胞的超微结构变化并不明显;侵染中、后期,被侵染叶肉细胞发生质壁分离,叶绿体膨胀变形,细胞器解体,细胞崩解。

向日葵锈菌转录组SNP位点挖掘及所在基因功能注释

为了解向日葵锈菌基因组中SNP所在基因功能及其致病性,使用SOAPsnp软件对向日葵锈菌330小种不同萌发阶段(0,4,8 h)的转录组测序结果拼接得到的59 409条Unigene序列进行SNP检测,计算其发生频率并对其进行Nr、Nt注释、GO分类、COG分类、KEGG代谢通路注释与PHI比对。结果发现,共有29 966个SNP位点分别分布在8 321条Unigene上,SNP发生的频率为1/2 764 bp,其中转换19 599个,颠换10 367个。在所有变异类型中,A/G和C/T发生频率最高,分别达32.80%和32.60%。注释结果表明,分别有79.46%,43.00%的序列被注释到Nr、Nt数据库中,基因中涉及最多的为遗传信息过程通路,以翻译为主;最后将这些含SNP Unigene与病原菌寄主互作数据库PHI比对,共筛选到961条可能与向日葵锈菌致病性相关的含SNP的序列,因而认为,锈菌的致病性是由真菌细胞壁修饰蛋白和潜在的致病效应蛋白所致。结果可为以后进一步开发SNP遗传多态性、遗传图谱的构建提供理论依据,为研究向日葵锈菌毒力与功能奠定基础,并对向日葵的抗病育种研究具有重大意义。

向日葵锈菌夏孢子转录组微卫星特征分析

为大规模开发有效的向日葵锈菌SSR标记,根据向日葵锈菌转录组数据,使用Ubuntu 12.04 LTS系统的Perl操作平台MISA软件对向日葵锈菌转录组序列进行高通量微卫星SSR位点发掘。在15 946条转录本中发现20 861个SSR,平均3.97kb出现一个SSR。共发现244种碱基重复模式,(A/T)n所占比例最高,达到88.24%。在42 610条注释成功的向日葵锈菌unigene中,含有SSR的序列14 069条,共发现18 100个SSR位点,其中位于编码区1 057个,出现频率为0.382 2 SSR/kb,非编码区为0.300 1 SSR/kb;其中以单核苷重复基序为主导,共有19 046条,占总SSR的59.5%;其次是三碱基微卫星(804,占3.86%)。大部分微卫星长度小于20bp,长度大于20bp的仅占7.37%。研究结果显示,微卫星与基因平均表达水平存在关联,含微卫星基因的平均表达水平低于不含微卫星基因的平均表达水平。包含SSR的15 946条unigene中只有5 863个unigene获得了GO分类号,被注释到分子功能、生物进程、细胞组分三大本体。通过生物信息学软件得到的转录组SSR标记位点可用于后续向日葵锈菌遗传多样性研究,而且对其他非模式生物或新物种SSR标记开发也具有重要的参考作用。

不同抗性的向日葵品种接种锈菌后叶片中可溶性蛋白、可溶性总糖及叶绿素含量的变化

通过对两个不同抗性向日葵品种在苗期接种向日葵锈菌,测定了接种后不同时间叶片的可溶性总糖、可溶性蛋白及叶绿素含量的变化.研究结果表明:抗病品种的可溶性总糖比感病品种高;可溶性蛋白质含量、叶绿素b含量和类胡萝卜素含量的变化与向日葵抗病性有密切关系,而和叶绿素a含量的变化与抗病性没有直接关系.

内蒙古7种向日葵品种苗期抗锈病性的鉴定

本试验用室内幼苗接种的方法,对内蒙古地区栽培的的7个向日葵品种进行抗锈病性的鉴定,结果表明:益民大白花葵、迪卡.杂交油葵、S40(Hyole ic40)油葵、S31(HySun33)油葵呈抗锈病反应型;益民星火花葵、益民大青花葵、益民花葵二号呈感锈病反应型。其中益民花葵二号最感病,S31(HySun33)油葵最抗病。

向日葵抗锈病基因同源序列的克隆与分析

向日葵锈病严重影响向日葵的产量。为了找到抗锈病相关基因，根据已知NBS-LRR型抗病基因保守结构域P-loop和GLPL设计简并引物，以接菌的抗病向日葵品种CM29叶片的cDNA为模板进行扩增。通过克隆转化得到10个具有连续开放阅读框的抗病基因同源序列（RGA），经系统进化分析将其分为TIR-NBS-LRR和non-TIR-NBS-LRR两种类型。对其氨基酸序列进行多重序列比对，结果显示所获得的RGA具有典型的NBS-LRR型抗病基因保守结构域，即P-loop、kinase-2a、kinase-3a和GLPL结构。运用BLASTX分析这些结果，表明其RGA与已知的抗病基因相应保守区域的同源性为18．1％～51．1％，说明它们可能与抗病功能基因具有密切联系。

向日葵锈菌弹性金属蛋白酶基因克隆及生物信息学分析

为了研究向日葵锈病的致病机制,将向日葵锈菌转录组中表达量较高的一个基因(KU994904)中成熟部分进行生物信息学分析及基因克隆。利用Interpro对蛋白ORF区域进行分析,确定其成熟区域,通过生物信息学相关软件对其进行结构预测及预测分析,从向日葵锈菌中提取总RNA,并利用RT-PCR方法扩增此蛋白酶成熟基因并克隆。结果显示:该蛋白酶成熟基因序列全长1335bp,编码445个氨基酸,分子质量49.5ku,其与M36家族中5条序列具有较高相似性,并发现同胞外金属蛋白酶基因序列相似度达到53.77%。因此,推断其为弹性金属蛋白酶。

寡糖对向日葵锈菌侵染的影响

为了明确寡糖对向日葵锈菌侵染的影响,在向日葵苗期用寡糖处理,观察接菌后锈菌夏孢子的萌发率和侵入率以及向日葵叶片的气孔开闭,并用甲苯胺蓝染色法对入侵位点酚类化合物的积累进行了检测。试验结果表明,与对照相比寡糖处理后锈菌夏孢子的萌发率和侵入率显著降低,而气孔关闭率显著升高。同时,在接种后12h时,大量的侵入位点产生了酚类化合物的积累,说明寡糖处理可以有效抑制向日葵锈菌的侵染。

向日葵柄锈菌效应蛋白的预测及筛选

向日葵柄锈菌(Puccinia helianthi Schw.)引发向日葵锈病,对生产具有破坏性。为深入了解锈菌效应蛋白,研究病原与寄主的互作机理,在获得向日葵柄锈菌分泌蛋白组的基础上,利用生物信息学软件预测及分析向日葵柄锈菌效应蛋白,采用qRT-PCR检测其中7个候选效应蛋白基因在接种叶片中的相对表达量。结果表明:在供试的900个锈菌的分泌蛋白中预测到候选效应蛋白497个。基因特征分析显示,开放阅读框长度在200~399 bp之间的最多;信号肽长度集中在16~27个氨基酸残基(占92.96%);信号肽氨基酸组成中亮氨酸出现频率最高,其次为丙氨酸、异亮氨酸;信号肽识别位点以SpⅠ型为主。本研究获得了7个向日葵柄锈菌的效应蛋白,qRT-PCR检测表明柄锈菌接种向日葵叶片后,与纯孢子相比,这7个效应蛋白编码基因均上调表达,说明其参与了锈菌侵染向日葵的过程。