【目的】系统分析玉米大斑病菌LysM家族成员,筛选其中关键效应蛋白,并分析其对植物免疫反应的调控作用,为探究病菌致病性的分子机制奠定基础。【方法】利用生物信息学方法在玉米大斑病菌基因组中鉴定LysM家族成员,对其理化性质、进化关系、结构域及保守位点进行分析;基于转录组数据并结合qRT-PCR技术分析LysM家族基因在病菌侵染玉米过程中的表达模式;通过酵母分泌系统分析信号肽分泌活性;通过本氏烟瞬时表达系统分析关键效应蛋白StLysM1对植物免疫反应的调控作用;利用分子模拟和多糖结合试验检测LysM效应蛋白对几丁质的结合能力。【结果】在玉米大斑病菌基因组中共鉴定得到8个LysM家族成员,分别命名为StLysM1~StLysM8,其中5个成员(StLysM1、StLysM2、StLysM5、StLysM6和StLysM7)为候选效应蛋白,这些效应蛋白均只含有LysM结构域,其他成员则含有额外的保守结构域。系统分析显示,StLysMs可分为真菌/细菌亚类和真菌特异亚类,其中真菌特异亚类的LysM结构域序列包含8GDxTC12、29WNP31基序以及3个高度保守的半胱氨酸残基,而细菌/真菌亚类的LysM结构域序列保守位点较少。StLysM1基因在病菌侵染玉米24 h、72 h过程中持续上调表达,其编码产物为分泌蛋白,且在本氏烟中不能诱导植物的程序性细胞死亡(PCD),但可抑制由BAX/INF1诱导的PCD。StLysM1自身不形成二聚体,但能与几丁质相结合,并抑制由几丁质触发的活性氧爆发及病程相关基因NbPR1和NbPR4的表达,提高了本氏烟对灰葡萄孢的易感性。【结论】在玉米大斑病菌中共鉴定得到8个StLysMs家族成员,其中StLysM1为关键效应因子,能够结合几丁质,进而抑制植物基础免疫并促进病菌侵染。
当前,将生态风险(Ecological risks, ERs)和生态系统服务(Ecosystem services, ESs)纳入实践应用和政策制定的研究日益增加。然而,综合考量ESs和ERs并运用于实际决策中的研究依旧缺乏。本研究利用InVEST模型和景观生态风险模型,通过CMIP6不同情景下气候变化和土地利用变化驱动,模拟了2000-2100年黄河上游生态系统服务(碳储量、产水量、生境质量,和土壤保持)和生态风险的时空动态变化,并梳理了它们之间的关系。主要研究结果表明,2000-2020年,该区域ERs面积减少了27673 m2,但在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,预计ERs将分别增加13273 m2、438 m2和68 m2。在过去和未来情景中ESs和ERs均存在显着的空间差异。其中,黄河源区的ESs高,ERs低(p<0.001),而黄河上游东北部ESs低,ERs高 (p<0.05)。总结而言,提出的关于提高生态系统服务和降低生态风险的空间优化框架,可为区域可持续发展提供理论支持。
黄酮类化合物因其多种促进健康的作用而备受人们关注。然而,植物中存在许多结构相似的类黄酮,而且浓度往往很低,这在一定程度上增加了分离和鉴定的难度。液相色谱-三重四极杆飞行时间串联质谱法(LC-QqQ-MS/MS)成为检测类黄酮使用最广泛的技术之一。然而在植物中关于不同组织的黄酮类物质的系统检测方法较为匮乏。本研究系统构建了从苯丙烷开始到芦丁及其相关物质的检测方法,涉及黄酮化合物(21),香豆素(3),花青素(4),酚酸类(4),原花青素(4)和醌类(2)。检测发现该方法适用于模式植物烟草和拟南芥部分物质的检测,高度适用于富含黄酮类物质的植物进行检测,如荞麦属植物。该方法的建立可以为了解苯丙烷途径黄酮类物质的动态变化提供助力,进而为深入理解基因功能提供支持。
小麦白粉病严重威胁小麦的安全生产,利用抗病基因被认为是控制该病害最合适的措施。然而,品种间的相互杂交导致了当前主栽品种遗传背景的高度同质化。八倍体小黑麦是由小麦和黑麦人工合成的新物种,是小麦抗性改良的重要基因供体。本研究通过将八倍体小黑麦与普通小麦杂交,创制了抗白粉病小麦-黑麦后代YT5。通过基因组原位杂交、多色荧光原位杂交、多色基因组原位杂交和分子标记分析,证明YT5是6RL双端体附加与1R(1B)异代换系。白粉病遗传分析表明YT5的白粉病抗性来源于其黑麦6RL染色体。苗期利用不同白粉病菌株接种YT5, 发现YT5的叶片出现明显孢子,随后产生坏死反应,到成株期时植株表现为高抗,与黑麦染色体6RL上已报道的Pm基因表型不同。同时,YT5农艺性状较好,可作为优良桥梁材料应用于小麦遗传改良。为促进YT5的6RL上白粉病抗性的转移,选择并验证了两个黑麦6RL特异KASP标记,它们能够在不同小麦背景下检测该染色体臂,可有效服务于分子标记辅助选择育种。
生长素原初响应基因MdGH3-2/12的沉默降低了苹果对腐皮镰孢菌的抗性
土地利用方式可以改变土壤生物的群落组成和多样性,从而影响地下生态系统的过程和功能。为了探究不同土地利用方式对土壤生物的影响,本研究对位于中国北方6个区域中3种不同土地利用方式,即农田、林地和撂荒地中的土壤线虫群落开展了调查研究。研究结果表明,农田土壤线虫的丰富度、多样性、丰度和生物量最低,撂荒地土壤线虫丰富度和多样性比农田高28.8%和15.1%。土壤线虫群落在林地中与撂荒地中无显著差异,但共现网络分析结果表明它们的关键属组成不同。林地的杂食-捕食线虫占网络关键属的50%,撂荒地的食细菌线虫占网络关键属的36%。在林地中,食真菌线虫在网络关键属的比例比撂荒地低了20.8%。共现网络的拓扑特性表明与林地和撂荒地相比,农田土壤网络复杂性和稳定性有所降低。土壤pH值、NH4+-N和NO3--N是农田土壤线虫群落的主要影响因素,而土壤有机碳和含水量是林地土壤线虫群落的主要影响因素。经过人为管理的农田土壤线虫群落对土壤环境的依赖性更强。不同土地利用方式引起的土壤环境的变化可以通过改变共现网络中线虫营养类群在关键属中的比例,从而影响土壤生物的网络关系。
小麦条锈病是小麦最具破坏性的真菌病害之一,严重威胁着世界范围内小麦的安全生产。在中国,因新的生理小种的出现并迅速发展成为优势小种,导致小麦抗性品种丧失抗性,进而被迭代更替,造成小麦产量大幅下降。因此为了预测一个新小种能否成为流行优势小种具有重要意义。本研究中,在10个中国小麦品种上对两个新出现的Yr5毒力小种(TSA-6和TSA-9)与四个目前占优势的中国小种(CYR31、CYR32、CYR33和CYR34)的相对寄生适应性进行了评价。将 6 个测试条锈菌小种接种二叶期的小麦幼苗,接种后第 5 天,测量以下参数或指标对测试小种的寄生适合度进行评估,包括孢子萌发率(Urediospore germination rate)、孢子形成能力(Sporulation capacity)、潜育期(Latent period)、夏孢子堆长度(Length of the uredia)、夏孢子堆密度(Uredia density)、产孢期(Sporulation period)、病害严重度(Disease severity)和侵染表型(Infection type)。当小麦品种对测试条锈菌小种(即小种-品种亲和组合)感病时,测量寄生适合度参数。结果显示,基于多重比较(LSD)分析,总体测试小种之间的相对寄生适应度参数存在显著差异(P<0.05)。对寄生适应度参数进行主成分分析(PCA)分析,其中代表产孢能力的主成分贡献率是 53.78%,代表扩展能力和孢子活力的主成分贡献率是 21.89%,代表潜在侵染能力的主成分贡献率是 17.46%;累计贡献率超过90%,表明这三个主成分基本能够代表测试小种所有相对寄生适合度参数的绝大部信息。本研究还构建了三个主成分和综合因子得分数学模型,基于计算结果表明Yr5毒力小种TSA-9和TSA-6的相对寄生适应度均高于CYR34、CYR31和CYR33,但低于小种CYR32,具有发展成为优势小种的潜在风险。因此,需要对两个Yr5毒力小种及其变异菌系进行持续监测。在小麦育种中应避免单一使用具有Yr5抗性基因的小麦品种(系),并建议与其他有效的Yr抗性基因聚合使用。
草地贪夜蛾是一种极具破坏性的害虫,由于其强大的繁殖和迁飞能力,已成为一种全球性害虫。瞬时受体电位(Transient Receptor Potential,TRP)通道是一个庞大的阳离子通道家族,在昆虫感知外界环境和维持内部稳态中发挥着举足轻重的作用。近年来,TRP通道在昆虫行为调控中的重要作用得到了广泛的研究。本研究从草地贪夜蛾的基因组中鉴定了15个TRP基因座共编码26个转录本,并分析了其在不同发育阶段的表达谱。结果表明,草地贪夜蛾含有4个TRPC基因、6个TRPA基因、1个TRPM基因、2个TRPV基因、1个TRPN基因和1个TRPML基因,但并未鉴定到TRPP基因。此外,利用爪蟾卵母细胞表达系统对SfruTRPA1的功能进行了鉴定,SfruTRPA1能被20 ~ 45℃范围内的升高温度激活,而在相同温度范围内重复刺激后无明显脱敏现象。另外,SfruTRPA1能被天然化学物质异硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate, AITC)和肉桂醛(cinnamaldehyde, CA)激活。本研究对草地贪夜蛾的TRP通道基因进行了鉴定,为开发针对TRP通道的新型农药提供了靶标,也为全面解析TRP通道在昆虫生理功能中的作用奠定了基础。
开发高活性、环境友好的绿色新农药是保护农作物健康和食品安全的重要手段。为了发现新的候选杀菌剂,本研究论文采用Pictet–Spengler反应制备了一系列新颖的1,2,3,4-四氢-β-咔啉(THC)衍生物,并评估了其对水稻白叶枯病菌(Xoo)、柑橘溃疡病菌(Xac)和猕猴桃溃疡病菌(Psa)的离体和活体生物活性。结果表明,大多数目标化合物对三种植物病原细菌都表现出良好的生物活性。其中,化合物A17对水稻白叶枯病菌和柑橘溃疡病菌表现出优异的抑菌活性,其EC50值分别为7.27 mg mL-1和4.89 mg mL-1。化合物A8对猕猴桃溃疡病菌显示出较好的抑制活性,其EC50值为4.87 mg mL-1。此外,在200 mg mL-1浓度下,化合物A17对水稻白叶枯病(52.67%)和柑橘溃疡病(79.79%)表现出优异的防治效果,化合物A8对猕猴桃溃疡病的防治效果为84.31%。构效关系研究表明:THC的A环的C6位无取代基时有利于提高其抑菌活性;对于 THC的C环,当N2位是NH基团是有利于提高其抑菌活性;此外,THC的C环的NH位置引入长链可以增强其抗菌活性。通过大量的生物学实验验证,THC衍生物能扰乱细菌体内的氧化还原系统,造成细菌活性氧的爆发和细胞膜的破坏,最终导致细菌的死亡。上述的研究工作为以THC为活性骨架的新型杀菌剂创制提供了重要参考。
农艺措施是减少机收头季稻稻桩碾压损伤,减轻对再生稻腋芽萌发和产量形成的影响,从而促进再生稻可持续发展的关键。本研究以福建省广泛推广的常规水稻佳辐占和杂交稻甬优2640为材料,于2018年至2019年在福建农林大学实验基地的顶棚可调式简易塑料大棚内进行了四因素随机区组试验,其中包含施肥和不施肥、干湿交替和漫灌,以及人工碾压和非碾压稻桩处理。同时利用13C稳定同位素示踪原位检测技术对盆栽试验进行了施肥和不施肥的验证试验。结果显示,品种、水分管理、氮肥和稻桩处理之间存在显著的交互作用。相对于长期淹水处理,在头季稻收割前后,逐一施加保根和促蘖氮肥,并配以适度的干湿交替水肥耦合处理,可以显著改善低节位的有效分蘖,减少因碾压对稻桩损伤的影响而增加单株有效穗数和每穗粒数,最终实现再生稻的高产。此外,在头季稻成熟期,13C同化物对稻桩和腋芽的分配显著改善,而在再生季稻生长后期,由于此时基部茎节中的激素和多胺在水肥调节的诱发作用降低了13C同化物向根系和根际土壤的转运率。因此,在头季稻收割前后,及时施用保根促蘖氮肥并耦合适度的田间干旱处理,可望获取机收低留桩再生稻的高产。
以小菜蛾(Plutella xylostella)的消化系统为靶标的化学杀虫剂至今尚未报道。创制一款具有新型作用机制的用于小菜蛾防控的杀虫剂仍然是一个巨大的挑战。为了探索以小菜蛾中肠为靶标的新型杀虫剂,设计并合成了一系列以二氟甲基和硒修饰的新型氟唑硒脲(FASU)化合物。室内杀虫测试结果表明,化合物B4对小菜蛾的杀虫活性最高,3龄和2龄小菜蛾幼虫72 h的半致死浓度LC50值分别为32.33,4.63 μg mL-1。化合物B4导致小菜蛾中肠严重受损,诱发产生众多的红色斑点。超微结构显示小菜蛾中肠围食膜降解,上皮组织肿胀,微绒毛断裂及细胞消融解体。化合物B4亚致死浓度(LC10,LC25 和LC50)处理后,幼虫发育缓慢,幼虫历期显著延长,蛹重,化蛹率,羽化率均显著下降。此外,化合物B4可诱发畸形蛹,导致成虫不能破茧或翅膀畸形不能飞翔。以上结果表明,氟唑硒脲化合物对对小菜蛾具有较好的杀虫活性,在亚致死浓度下,可以降低小菜蛾的种群数量。值得注意的是,氟唑硒脲是首次报道的可诱导小菜蛾中肠损伤的合成杀虫剂先导化合物,其作用机理与现有商品化杀虫剂均不同。
拟禾本科根结线虫(Meloidogyne graminicola)是水稻上最具破坏性的植物寄生线虫之一,显著影响水稻产量。利用抗性品种是防治线虫病害最有效的管理措施。然而,然而目前拟禾本科根结线虫抗性水稻种质资源十分有限。本研究筛选获得了一个拟禾本科根结线虫抗性水稻品种淮稻5号,评估了其对拟禾本科根结线虫趋化吸引、早期侵染、根结形成的影响,并初步分析其抗性遗传特征。基于普朗克凝胶的吸引观察,发现与感病对照品种南粳9108相似,接种8h,二龄幼虫(J2)在淮稻5号根尖大量聚集;平板接种12 h,J2侵入根伸长区,但向根尖迁移受阻,根内线虫数量下降,表明淮稻5号不能阻碍J2早期侵入,但能抑制其取食位点的建立。同时,通过室内盆钵栽培和水培系统模拟旱地和灌溉条件,发现在两种水稻栽培条件下,淮稻5号的根结数量均低于对照感病品种,并且线虫的发育受到显著抑制。进一步将淮稻5号与南粳9108进行杂交,结果其杂交F1子代显著降低了根结线虫的繁殖水平,表明淮稻5号的对拟禾本科根结线虫的抗性可能由主效基因控制。综上,本研究鉴定了淮稻5号为高抗拟禾本科根结线虫新的水稻种质资源,有助于促进根结线虫抗性水稻品种的选育。
非洲猪瘟 (ASF) 是家猪和野猪的一种毁灭性疾病。目前没有有效的商品化疫苗,疾病的控制主要依赖于对感染猪的监测和早期检测。ASF是由非洲猪瘟病毒 (ASFV) 引起的疾病。以前的血清学检测方法(如 ELISA)主要基于ASFV的重组结构蛋白,包括 p72、p54和p30等。然而,猪感染 ASFV后产生的针对此类蛋白的抗体不能为其提供有效的免疫保护。因此,仍然需要可用于临床诊断和评估疫苗免疫猪体液免疫反应的新血清学检测方法。在此项研究中,我们表达并纯化了重组pB602L蛋白。然后将纯化的pB602L蛋白作为抗原进行间接 ELISA 检测。该方法对猪瘟病毒、伪狂犬病病毒、猪细小病毒等15种最常见的猪病原的抗血清无交叉反应。然后使用该方法与商品化ELISA试剂盒同时对60头猪的血清样本进行检测,其中包括数量未知的抗ASFV血清,两种方法检测的符合率为95%。此外,使用基于pB602L蛋白的iELISA对7基因缺失的ASFV株(HLJ/18-7GD)免疫猪体内的抗体水平进行检测。结果表明,接种10 天以后,在所有接种猪体内都检测到抗体水平持续增加。我们的结果表明,这种基于 pB602L的间接ELISA检测可用于ASFV的临床诊断。