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稻曲病菌(Ustilaginoidea virens)引起的稻曲病是水稻上一种重要的真菌病害。近年来随着稻曲病的流行和爆发,该病害已成为水稻上新的主要病害之一,每年给水稻生产造成严重的产量损失。同时,稻曲病菌侵染的稻谷会产生毒素,严重威胁着人畜的健康安全。因此,稻曲病的防治是水稻生产上刻不容缓的事情。目前稻曲病的防治主要以种植抗病品种为主,化学防治为辅。由于抗病品种易丧失抗性,化学防治易导致抗药性。因此,从分子水平探究稻曲病菌的致病机理,可为防治稻曲病的新型药剂的开发提供潜在药剂靶标和实验依据。此外,挖掘和鉴定稻曲病的生物防治资源,对稻曲病防控新策略的制定具有重要的实践意义。本文主要开展了以下两方面研究工作:
一、解析了稻曲病菌转录因子UvMsn2的生物学功能。前期研究发现,稻瘟病菌中的转录因子MoMsn2定位于细胞质和细胞核,调控一系列下游基因的表达,控制稻瘟病菌的生长发育和致病性等多个生物学过程。通过序列同源比对,我们在稻曲病菌中鉴定到氨基酸一致性与MoMsn2为37.6%的同源蛋白,命名为UvMsn2。异源回补实验发现,UvMsn2能够恢复稻瘟病菌△Momsn2突变体的营养生长、无性繁殖、附着胞形成和致病力等表型缺陷。进一步利用同源重组原理对稻曲病菌中的UvMSN2基因进行了敲除,获得了其敲除突变体并对突变体的表型进行了分析。结果发现,△Uvmsn2突变体的营养生长、产孢量显著下降,孢子萌发异常,对外界胁迫的耐受性发生改变。进一步研究发现,突变体的培养滤液毒性下降,与野生型比较,突变体滤液处理的水稻种子萌发明显加快。上述结果表明,UvMsn2是MoMsn2的同源蛋白,参与调控稻曲病菌的生长发育和致病过程。该结果对于深入解析稻曲病菌致病分子机制具有重要的意义。
二、筛选出两株具有拮抗效果的生防菌株,测定了其对稻曲病菌及其他病原真菌的生防效果。从水稻叶片和稻穗上分离出7株具有拮抗效果的生防细菌,选取SD-5和SD-23两株拮抗效果较好的细菌进行了后续研究。鉴定发现,SD-5属于多黏芽胞杆菌(Paenibacillus polymyxa),SD-23属于暹罗茅胞杆菌(Bacillus siamensis)。提取这两种细菌的脂肽物质进行抑菌活性检测,发现暹罗芽胞杆菌SD-23效果较好。通过MALDI-TOF-MS分析后发现SD-23产生的脂肽物质为SurfactinC和IturinB。同时发现多粘芽胞杆菌SD-5和暹罗芽胞杆菌SD-23菌株的次生代谢物质能抑制稻瘟病菌附着胞的形成和稻曲病菌的孢子萌发。此外,水稻喷雾接种实验结果显示SD-5和SD-23对稻瘟病具有一定的防治效果。
综上所述,本文解析了稻曲病菌转录因子UvMsn2的生物学功能,发现其参与调控病菌的生长发育和致病过程。同时,鉴定到对稻瘟病和稻曲病具有潜在防治效果的两株芽胞杆菌SD-5和SD-23。研究结果对了解稻曲病菌的致病分子机制及稻瘟病和稻曲病防控策略的制定具有重要的理论和实践指导意义。
一、解析了稻曲病菌转录因子UvMsn2的生物学功能。前期研究发现,稻瘟病菌中的转录因子MoMsn2定位于细胞质和细胞核,调控一系列下游基因的表达,控制稻瘟病菌的生长发育和致病性等多个生物学过程。通过序列同源比对,我们在稻曲病菌中鉴定到氨基酸一致性与MoMsn2为37.6%的同源蛋白,命名为UvMsn2。异源回补实验发现,UvMsn2能够恢复稻瘟病菌△Momsn2突变体的营养生长、无性繁殖、附着胞形成和致病力等表型缺陷。进一步利用同源重组原理对稻曲病菌中的UvMSN2基因进行了敲除,获得了其敲除突变体并对突变体的表型进行了分析。结果发现,△Uvmsn2突变体的营养生长、产孢量显著下降,孢子萌发异常,对外界胁迫的耐受性发生改变。进一步研究发现,突变体的培养滤液毒性下降,与野生型比较,突变体滤液处理的水稻种子萌发明显加快。上述结果表明,UvMsn2是MoMsn2的同源蛋白,参与调控稻曲病菌的生长发育和致病过程。该结果对于深入解析稻曲病菌致病分子机制具有重要的意义。
二、筛选出两株具有拮抗效果的生防菌株,测定了其对稻曲病菌及其他病原真菌的生防效果。从水稻叶片和稻穗上分离出7株具有拮抗效果的生防细菌,选取SD-5和SD-23两株拮抗效果较好的细菌进行了后续研究。鉴定发现,SD-5属于多黏芽胞杆菌(Paenibacillus polymyxa),SD-23属于暹罗茅胞杆菌(Bacillus siamensis)。提取这两种细菌的脂肽物质进行抑菌活性检测,发现暹罗芽胞杆菌SD-23效果较好。通过MALDI-TOF-MS分析后发现SD-23产生的脂肽物质为SurfactinC和IturinB。同时发现多粘芽胞杆菌SD-5和暹罗芽胞杆菌SD-23菌株的次生代谢物质能抑制稻瘟病菌附着胞的形成和稻曲病菌的孢子萌发。此外,水稻喷雾接种实验结果显示SD-5和SD-23对稻瘟病具有一定的防治效果。
综上所述,本文解析了稻曲病菌转录因子UvMsn2的生物学功能,发现其参与调控病菌的生长发育和致病过程。同时,鉴定到对稻瘟病和稻曲病具有潜在防治效果的两株芽胞杆菌SD-5和SD-23。研究结果对了解稻曲病菌的致病分子机制及稻瘟病和稻曲病防控策略的制定具有重要的理论和实践指导意义。