我国棉花黄萎病菌的致病力分化及致病相关基因的克隆与分析

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采集并分离到我国三大棉区308个棉花黄萎病大丽轮枝菌菌株,采用无底纸钵定量蘸菌液接种法测定了167个代表菌株的致病力,采用特异引物检测了167个供试菌株的落叶型与非落叶型种类,并研究了致病力分化与SSR和ISSR指纹图谱的关系。同时,采用农杆菌介导的遗传转化方法,构建了棉花黄萎病菌强致病力菌株Vd080的T-DNA插入突变体库,成功克隆3个与致病力相关的基因,并对其基因的功能进行初步分析和预测。取得以下主要结果:1.采集分离到的308株大丽轮枝菌菌株,在PDA培养基上产生5种不同的培养类型:A型(0.6%)和B型(72.7%)菌株均产生大量的微菌核,A型有黑色菌丝,B型菌落边缘有白色圆环;C型菌株产生的微菌核较少,大多分布在菌落周围,形成黑色圆环(23.7%);D型(1.6%)和E型(0.1%)菌株在室温下不产生微菌核,E型菌株的菌落有明显凸起。其中,B型菌株为优势类群。长江流域棉区来源菌株的培养类型多样性丰富,其次是黄河流域棉区,新疆内陆棉区的最小。2.对棉花黄萎病菌167个代表菌株的致病力测定结果表明,参试菌株的致病力分化明显,可划分为强(平均病指为53.4~71.5)、中(平均病指为20.9~51.7)、弱(平均病指为6.4~27.4)3个致病力类型,中等致病力类型的菌株占测试菌株的57.5%。黄河流域棉区和长江流域棉区的菌株致病力分化趋势一致,致病力水平也比较接近,均以中等致病力类型的菌株为优势类群,新疆棉区的菌株以弱致病力类型为优势类群,致病力水平较低。3.大丽轮枝菌落叶型菌株特异引物D-1/D-2和非落叶型菌株特异引物ND-1/ND-2对167个菌株的检测结果表明,参试菌株中落叶型菌株占91.0%,分布于我国的各产棉地区。落叶型菌株多数为中等和强致病力类型,非落叶型菌株多数致病力较弱。温室生物测定结果表明,非落叶型菌株和落叶型菌株均能导致棉苗落叶,只是落叶型菌株出现落叶的时间早3~6天,且落叶株率高。在接种浓度为1×10~7孢子/ml时,落叶型菌株的落叶株率显著高于非落叶型菌株,但增加接种浓度能显著提高非落叶型菌株的落叶株率,当接菌量达到1×10~8孢子/ml时,落叶型菌株和非落叶型菌株之间差异不明显。表明非落叶型菌株导致棉花落叶需要的时间较长、接种剂量较大。4.依据莴苣黄萎病菌(V. dahliae)全基因组开发SSR标记,并根据侧翼序列设计高特异SSR引物,筛选出13对多态性较高的引物。SSR图谱的聚类分析结果将供试167个菌株划分为2个群体,群体Ⅰ以中等和强致病力类型为主,占84.4%;群体Ⅱ以弱致病力类型为主。9对ISSR引物对棉花黄萎病菌扩增图谱将供试菌株划为强致病力、中等致病力和弱致病力3个群体,中等致病力群体为优势类群。供试菌株的SSR和ISSR指纹图谱均与黄萎病菌的致病力存在明显相关性,致病力水平相近的菌株亲缘关系比较近。5.以强致病力落叶型菌株Vd080为初始菌株,利用农杆菌介导遗传转化(ATMT)的方法,成功构建了容量为2000个转化子的棉花黄萎病菌T-DNA插入突变体库。最佳转化体系是采用新鲜的农杆菌菌液和棉花黄萎病菌孢子悬浮液,农杆菌OD600为0.4左右,诱导剂乙酰丁香酮(AS)浓度为200μM,25℃共培养48h,转化效率可达150~540个转化子/106个孢子。对随机挑取的突变体检测表明,T-DNA成功插入到棉花黄萎病菌Vd080中,且多为单拷贝,突变体菌株能够稳定遗传。6.从突变体库中筛选到3株生物学性状或致病力发生显著变异的突变体。VdT286的变异主要表现为丧失微菌核产生的能力、分生孢子产量骤减、菌落生长速率显著降低、致病力略有下降。VdT1023和VdT1053均表现致病力显著降低,Vd1053丧失微菌核产生的能力,VdT1023还表现粗毒素产量显著增加。结合TAIL-PCR技术,对上述3个突变体中T-DNA侧翼序列扩增,成功克隆与棉花黄萎病菌生物学性状或致病力等重要性状相关的基因3个。VdT286中T-DNA插入到了CYC8(葡萄糖阻遏蛋白)上, CYC8是一个与分生孢子产生、菌丝生长及微菌核形成相关的基因,全长为3201bp,位于第五条染色体上,包括7个外显子和6个内含子,cDNA的长度为2679bp,编码892aa,CYC8在大丽轮枝菌中的相关功能目前还未见报道。VdT1023中T-DNA插入到了VDAG00467的上游启动子区,该基因位于第二条染色体上,基因长度为1152bp,无内含子,编码383aa,是一个尚未进行注释功能的未知新基因。VdT1053中T-DNA破坏了VDAG00607,分析得知该基因位于第二条染色体上,基因长度为2053bp,cDNA长度为1947bp,有一个内含子,编码648aa。编码产物是磷酸甘油变位酶(phosophoglyceratemutase),目前关于磷酸甘油变位酶的研究报道较少。
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