江苏省稻瘟病菌种群结构分析和褪黑素合成酶MoAsmt2的功能研究

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由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引发的稻瘟病是一类真菌病害,可以危害水稻整个生育期,引发的叶瘟、穗颈瘟等均严重影响水稻产量及品质。目前选育和推广抗稻瘟病水稻品种是防治稻瘟病最经济有效、安全和对环境友好的策略。由于稻瘟病菌的高度变异性,导致单个抗病基因应用于田间一段时间后会陆续丧失其抗病性。因此,深入开展对江苏省稻瘟病菌无毒基因型的分析和稻瘟病菌致病机理的研究可为抗病品种的科学合理布局和稻瘟病的综合防治提供理论依据。本研究主要针对2013-2017年在江苏地区采集分离共计621个稻瘟病菌单孢菌株,利用 10 对特异性引物对无毒基因 ACE1、PWL1、Avr-Pita、Avr1-C039、AvrPiz-t、Avr-Pib、Avr-Pia、Avr-Pii、Avr-Pik、Avr-Pi9 进行扩增,分析这 621 个菌株无毒基因的分布频率;同时利用日本清泽鉴别品种对上述菌株进行致病性的测定,进一步明确江苏省稻瘟病菌无毒基因的组成及分布频率。主要研究结果如下:10个无毒基因在江苏省均有分布,且不同年份出现频率存在差异;在供试菌株中5年平均扩增频率最高的是Avr-Pib,达到74.56%,最低的是Avr-Pia,仅有9.34%;同时,Avr-Pib、Avr-Pik、AvrPiz-t 5年平均扩增频率超过70.00%,表明这3个无毒基因在江苏省稳定存在;另外,按照地域分析,无毒基因Avr-Pib、Avr-Pik、AvrPiz-t分布频率均较高,Avr-Pia较低;同时通过对10个无毒基因的分布频率进行总体评价,发现10个无毒基因在苏北、苏中、苏南地区均有分布,但苏北检测率明显高于其它地区。此外,通过日本清泽鉴别品种对621个单孢菌株的致病性测定,发现Piz-t、Pi-z、Pi-ta、Pi-ta2 表现为弱毒力,毒力频率均低于 20.00%,综上所述,江苏稻区主要携带 Avr-Pib、Avr-Pik、AvrPiz-t三个无毒基因,并且抗性基因Pib和Pik、Piz-t仍具有抗病育种潜力。褪黑素作为一种信号分子可以显著增强植物对真菌的抗性,N-乙酰血清素甲基转移酶(ASMT)作为褪黑素合成过程中最后一个步骤的关键酶,在褪黑素生物合成中起重要作用。本研究通过序列分析发现稻瘟病菌中存在N-乙酰血清素甲基转移酶(ASMT)合成相关基因MoASMT2(MGG02120),为明确MoASMT2基因在稻瘟病菌生长及致病过程中的功能,采用基因敲除的策略对其功能进行初步解析。相较于野生型Guy11,MoASMT2基因敲除突变体在完全培养基(CM)、基本培养基(MM)、燕麦培养基(OM)、产孢培养基(SDC)上生长速率减缓,分生孢子产量降低;该突变体原生质体释放速率减慢,菌丝表面出现断裂、凹陷等现象,且对细胞壁胁迫因子敏感性增强;对水稻感病品种C039进行活体喷雾接种,野生型Guy11和互补转化子均产生典型病斑,但是敲除突变体病斑变小,扩展范围较小。利用相同条件下的孢子悬浮液,对水稻及大麦叶片进行离体接种实验,并对叶片进行创伤处理,野生型Guy11对创伤及非创伤叶片均造成典型病斑,而经MoASMT2基因敲除突变体处理的非创伤叶片能够形成较野生型小的病斑,但是创伤结果显示敲除突变体能形成与野生型相同大小的病斑,上述结果表明MoASMT2基因参与了稻瘟病菌的侵入过程,但是不影响侵染菌丝的扩展。综上所述,MoASMT2基因通过调控稻瘟病菌的营养生长、细胞壁完整性、胁迫应答等方面,进一步影响稻瘟病菌对水稻的致病过程。
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