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Transgenic expression of TaTLP1, a thaumatin-like protein gene, reduces susceptibility to common root rot and leaf rust in wheat

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The Crop Journal 2021年第5期9卷 1214-1218页

作者： zhongchi cui Fang Liang Jiarui Zhang Fei Wang Daqun Liu Haiyan Wang Technological Innovation Center for Biological Control of Crop Diseases and Insect Pests of Hebei Province College of Plant ProtectionHebei Agricultural UniversityBaoding 071000HebeiChina Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081China

Thaumatin-like protein (TLP) plays an important role in combating plant pathogen *** root rot caused by Bipolaris sorokiniana and leaf rust caused by Puccinia triticina (Pt) are major fungal diseases in *** disease responses of TaTLP1-overexpressing transgenic lines (TaTLP1-OE) were evaluated after inoculation with each *** TaTLP1-OE lines had no apparent differences in tiller number and 1000-kernel weight from the wild type Jinan Wheat No.1 (JW1),whereas resistance to leaf rust and common root rot was improved,resulting from activated peroxidase and b-1,3-glucanase after *** infection,and reactive oxygen species-related genes were upregulated in Ta TLP1-OE lines after Pt *** results indicated that stable expression of TaTLP1 increased resistance against both diseases.

关键词： Bipolaris sorokiniana Disease resistance Puccinia triticina Transgenic wheat

Puccinia triticina effector protein Pt_21 interacts with wheat thaumatin-like protein TaTLP1 to inhibit its antifungal activity and suppress wheat apoplast immunity

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作物学报:英文版 2023年第5期11卷 1431-1440页

作者： Fei Wang Songsong Shen zhongchi cui Shitao Yuan Ping Qu Hui Jia Linshuo Meng Xiaoyu Hao Daqun Liu Lisong Ma Haiyan Wang College of Plant Protection Hebei Agricultural University/Technological Innovation Center for Biological Control of Crop Diseases and Insect Pests of Hebei ProvinceBaoding 071001HebeiChina Center of Agriculture Through Science and Education Hebei Agricultural UniversityBaoding 071001HebeiChina The State Key Laboratory of North China Crop Improvement and Regulation Hebei Agricultural UniversityBaoding 071001HebeiChina

Puccinia triticina(Pt), as the causal agent of wheat leaf rust, employs a plethora of effector proteins to modulate wheat immunity for successful colonization. Understanding the molecular mechanisms underlying Pt effector-mediated wheat susceptibility remains largely unexplored. In this study, an effector Pt_21 was identified to interact with the apoplast-localized wheat thaumatin-like protein TaTLP1 using a yeast two-hybrid assay and the Pt_21-TaTLP1 interaction was characterized. The interaction between Pt_21 and TaTLP1 was validated by in vivo co-immunoprecipitation assay. A TaTLP1 variant,TaTLP1C71A, that was identified by the site-directed mutagenesis failed to interact with Pt_21. Pt_21was able to suppress Bax-mediated cell death in leaves of Nicotiana benthamiana and inhibit TaTLP1-mediated antifungal activity. Furthermore, infiltration of recombinant protein Pt_21 into leaves of transgenic wheat line overexpressing TaTLP1 enhanced the disease development of leaf rust compared to that in wild-type leaves. These findings demonstrate that Pt_21 suppresses host defense response by directly targeting wheat TaTLP1 and inhibiting its antifungal activity, which broadens our understanding of the molecular mechanisms underlying Pt effector-mediated susceptibility in wheat.

关键词： Wheat Puccinia triticina Effector Thaumatin-like protein Anitifungal activity

深州蜜桃果实腐烂病病原菌鉴定及拮抗菌株的筛选

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河北农业大学学报 2023年第6期46卷 40-45,65页

作者：刘君盈孙新康崔钟池王海燕河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071000

为了明确引起深州蜜桃果实腐烂的病原菌种类,从而进行针对性的综合防治,本研究采用组织分离法从发病的蜜桃样本中分离获得2种不同的病原真菌,共计6株,分别命名为H-1、H-2、H-3和T-1、T-2、T-3。根据柯赫氏法则回接验证6株菌株,致病症状... 详细信息

为了明确引起深州蜜桃果实腐烂的病原菌种类,从而进行针对性的综合防治,本研究采用组织分离法从发病的蜜桃样本中分离获得2种不同的病原真菌,共计6株,分别命名为H-1、H-2、H-3和T-1、T-2、T-3。根据柯赫氏法则回接验证6株菌株,致病症状与田间发病症状一致,表明6株菌株均为深州蜜桃果实腐烂病致病病原菌。进一步通过病原菌形态观察与多基因系统发育分析,明确引起深州蜜桃果实腐烂的病原菌为2种类型:病原菌H-1、H-2、H-3为美澳型核果链核盘菌(Monilinia fructicola),引起桃果实褐腐病;病原菌T-1、T-2、T-3为暹罗炭疽菌(Colletotrichum simamense),引起桃炭疽病。为了获得对深州蜜桃褐腐病和炭疽病病原菌具有抑菌效果的生防菌株,利用平板对峙实验筛选对2种病原菌具有良好抑制效果的拮抗菌株。结果发现,解淀粉芽孢杆菌JK-21对H-1、H-2、H-3和T-1、T-2、T-3的抑菌率分别为75.1%和70%;贝莱斯芽孢杆菌JK-47对H-1、H-2、H-3和T-1、T-2、T-3抑菌率分别为77.8%和59.7%。本研究为蜜桃果实腐烂病的识别与生物防治提供了科学依据。

关键词：蜜桃病原菌鉴定褐腐病炭疽病拮抗细菌

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利用农杆菌介导法快速鉴定小麦病程相关蛋白基因TaPR1的功能

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河北农业大学学报 2019年第2期42卷 12-17页

作者：梁芳刘亦菲崔钟池王海燕刘大群河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治工程技术研究中心/国家北方山区农业工程技术研究中心河北保定071000

本研究拟采用农杆菌瞬时表达体系,在小麦叶片中快速表达目的基因,以鉴定其在小麦抗叶锈病防御反应中的功能。在前期研究基础上,将已克隆获得的小麦病程相关蛋白基因TaPR1构建到小麦过表达载体pLGY-02,转化农杆菌菌株GV3101。然后以感病... 详细信息

本研究拟采用农杆菌瞬时表达体系,在小麦叶片中快速表达目的基因,以鉴定其在小麦抗叶锈病防御反应中的功能。在前期研究基础上,将已克隆获得的小麦病程相关蛋白基因TaPR1构建到小麦过表达载体pLGY-02,转化农杆菌菌株GV3101。然后以感病小麦品种‘金禾9123’为试材,将携带pLGY-02-TaPR1重组质粒的农杆菌GV3101注射到小麦叶片中,以空载体pLGY-02为对照。3 d后接种叶锈菌,14 d后观察小麦叶片表型。同时,在接菌后24、36、48 h时分别采集小麦叶片材料,利用DAB组织化学染色法,监测接种叶锈菌后叶片中H_2O_2的变化,并通过组织病理学显微观察,快速验证TaPR1在小麦与锈菌互作过程中的功能。结果发现,注射重组质粒pLGY-02-TaPR1的叶片发病程度、叶片孢子堆数均轻于、少于对照组叶片,且发病滞后;DAB组织化学染色结果表明,TaPR1表达量增加使得H_2O_2的清除在一定程度上受到抑制,小麦叶片中H_2O_2的分布与积累量均显著多于对照组叶片,说明TaPR1对小麦叶锈菌的致病性具有抑制作用,即TaPR1基因参与了小麦抗叶锈病防御反应。本研究成功构建了能在小麦中瞬时表达的重组载体pLGY-02-TaPR1,并建立了农杆菌介导的在小麦叶片细胞中高效表达外源基因的转化体系,为利用瞬时表达法验证小麦抗性基因功能奠定了基础。

关键词：小麦叶锈菌病程相关蛋白基因农杆菌 TaPR1 H2O2

利用GFP-Trap技术筛选与TaTLP1相互作用的蛋白

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河北农业大学学报 2020年第2期43卷 76-82页

作者：王菲杨毅清武文月崔钟池王海燕刘大群河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治工程技术研究中心河北保定071000 中国农业科学院研究生院北京100081

小麦类甜蛋白基因TaTLP1,在植物抗病防御反应中起重要作用。为筛选与TaTLP1相互作用的蛋白,本研究拟通过Gateway定向克隆技术构建带有GFP标签的重组载体TaTLP1-pEarleyGate103,在烟草中完成异源表达。利用GFP-Trap技术获得与TaTLP1互作... 详细信息

小麦类甜蛋白基因TaTLP1,在植物抗病防御反应中起重要作用。为筛选与TaTLP1相互作用的蛋白,本研究拟通过Gateway定向克隆技术构建带有GFP标签的重组载体TaTLP1-pEarleyGate103,在烟草中完成异源表达。利用GFP-Trap技术获得与TaTLP1互作的蛋白,质谱分析明确其种类。通过Western blot检测TaTLP1表达情况,以GFP抗体检测,膜上曝光结果显示,在约44 kD处出现条带,证明TaTLP1蛋白在烟草中成功表达;质谱分析GFP-Trap获得的洗脱蛋白,表明获得的候选互作蛋白中定位于胞外的病程相关蛋白1(Pathogenesisrelated protein 1, PR1)、非特异性脂质转移蛋白(Non-specific lipid-transfer protein, nsLTPs)等可能与TaTLP1存在互作。该试验为探索TaTLP1参与小麦抗叶锈病基因Lr19的防御反应机制奠定了理论基础。

关键词：小麦叶锈病 Gateway克隆 GFP-Trap 蛋白互作

冀南地区小麦叶锈病发生现状与主要致病因素分析

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河北农业大学学报 2022年第6期45卷 10-15页

作者：孟麟硕彭彬彬孙新康崔钟池王海燕刘大群河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071000

为明确河北省南部(冀南)小麦叶锈病发生因素,本研究系统调查了2020—2021年冀南地区小麦叶锈病发生情况。研究发现冀南地区小麦叶锈病发生普遍,馆陶、深州、南和地区小麦叶锈病发生严重,病情指数分别为61.11、50.96和47.56。结合气象资... 详细信息

为明确河北省南部(冀南)小麦叶锈病发生因素,本研究系统调查了2020—2021年冀南地区小麦叶锈病发生情况。研究发现冀南地区小麦叶锈病发生普遍,馆陶、深州、南和地区小麦叶锈病发生严重,病情指数分别为61.11、50.96和47.56。结合气象资料分析,发现馆陶地区小麦叶锈病发生严重的主要原因是4月份相对湿度偏高、5月份降水量大;南和地区发病严重的主要原因是3、5月份降水量偏多,3月份相对湿度大;深州地区发病严重的主要原因是种植品种为农户自留种,抗叶锈性差。将采集的不同地区小麦叶锈菌标样接种于感病小麦品种‘金禾’,单孢子堆分离后进行小麦叶锈菌生理小种的扩繁,随后接种于16个小麦叶锈菌鉴别寄主,通过表型观察明确2020—2021年冀南地区优势小麦叶锈菌生理小种为THTT。本研究基于冀南小麦叶锈病发生情况的调查和气象资料分析,探讨了小麦叶锈病发生的主要因素,为冀南小麦叶锈病的抗病育种、综合防控提供了理论依据。

关键词：冀南地区小麦叶锈菌病三角流行因素生理小种

AvrLr19突变菌株诱导TcLr19小麦中差异表达基因分析

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河北农业大学学报 2020年第5期43卷 1-7页

作者：崔钟池武文月王婉晴胡铁猛王海燕刘大群河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071000 中国农业科学院研究生院北京100081

为了探索小麦抗叶锈病基因Lr19抗叶锈病的分子机理,并筛选参与其抗病性防御反应的相关基因,本研究对接种小麦叶锈菌生理小种PHNT及其EMS突变体后的小麦材料‘TcLr19’进行转录组测序及分析。与亲和互作反应相对比,在非亲和互作反应中筛... 详细信息

为了探索小麦抗叶锈病基因Lr19抗叶锈病的分子机理,并筛选参与其抗病性防御反应的相关基因,本研究对接种小麦叶锈菌生理小种PHNT及其EMS突变体后的小麦材料‘TcLr19’进行转录组测序及分析。与亲和互作反应相对比,在非亲和互作反应中筛选到2114个差异表达基因,其中上调差异表达基因1189个,下调差异表达基因925个。对1189个上调差异表达基因进行GO功能分析,部分差异表达基因被注释为在真菌的防御反应中发挥抗病功能;KEGG分析表明,一些与抗病相关的差异表达基因被富集到了过氧化物酶、氨基糖/核苷酸糖代谢和角质生物合成信号通路。同时,发现一些与Lr19同在7D染色体上的基因受叶锈菌诱导表达,并在非亲和互作反应中特异性表达。总之,本研究初步明确了参与Lr19抗叶锈病防御反应过程中抗病相关基因的种类以及抗病代谢通路,为探索Lr19的抗叶锈病机制提供了理论基础。

关键词：小麦叶锈菌 Lr19 RNA-seq 差异表达基因

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小麦PR5Ks蛋白家族鉴定与分析

河北农业大学学报 2022年第5期45卷 1-9,F0002页

作者：马秋颖耿怀民崔钟池申松松王菲王海燕刘大群河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071000

类PR5受体蛋白激酶(PR5 receptor-like protein kinase,PR5Ks)包含病程相关蛋白5(PR5)和激酶结构域,为植物类受体蛋白激酶(Receptor-like protein kinase,RLK)家族的1个亚族,与植物的抗病防御反应相关。本研究从小麦基因组中鉴定了17个P... 详细信息

类PR5受体蛋白激酶(PR5 receptor-like protein kinase,PR5Ks)包含病程相关蛋白5(PR5)和激酶结构域,为植物类受体蛋白激酶(Receptor-like protein kinase,RLK)家族的1个亚族,与植物的抗病防御反应相关。本研究从小麦基因组中鉴定了17个PR5Ks基因,对其理化性质、基因结构、保守基序和启动子进行分析。结果表明,17个PR5Ks蛋白家族成员均为疏水性蛋白,氨基酸数目在415~663个,分子量在44.60~73.52 kD,等电点介于5.61~8.4,蛋白结构以无规则卷曲和α螺旋为主。顺式作用元件分析显示,在小麦PR5Ks基因转录起始位点上游2000 bp序列中存在多种响应元件,包括SA、MeJA、厌氧诱导、低温等响应元件。为了明确17个小麦PR5Ks成员是否具有抗病性,对小麦在赤霉菌(Fusarium graminearum)和条锈菌(Puccinia striiformis ***)侵染过程中PR5Ks基因的表达规律进行分析,发现TaPR5K-3、TaPR5K-5、TaPR5K-9和TaPR5K-11受赤霉菌和条锈菌的共同诱导。利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)技术检测了接种叶锈菌的小麦中基因的表达模式,结果显示,TaPR5K-3、TaPR5K-5、TaPR5K-9和TaPR5K-11这4个基因均受叶锈菌诱导且在抗病植株中高表达,表明他们在小麦与叶锈菌的互作中发挥正向调控作用。综上所述,本研究初步筛选到4个与小麦抗病相关的PR5Ks基因,为进一步揭示PR5Ks蛋白家族参与小麦生长发育及抗病防御反应提供参考。

关键词：小麦 PR5Ks蛋白家族生物信息学分析表达分析

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小麦中带有核定位信号NAC转录因子的鉴定及分析

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河北农业大学学报 2021年第6期44卷 9-16页

作者：耿怀民张艳俊李聚贤崔钟池王菲王海燕刘大群河北农业大学植物保护学院/河北省农作物病虫害生物防治技术创新中心河北保定071000 邢台职业技术学院资源与环境工程系河北邢台054000

NAC(NAM/ATAF/CUC)是植物特有的一类转录因子,在生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。本研究从小麦基因组中鉴定出9个C末端带有核定位信号的NAC转录因子,对其理化性质、系统发育模式、保守基序进行了分析。结果表明,这9个NAC转录因子均... 详细信息

NAC(NAM/ATAF/CUC)是植物特有的一类转录因子,在生物和非生物胁迫中发挥着重要作用。本研究从小麦基因组中鉴定出9个C末端带有核定位信号的NAC转录因子,对其理化性质、系统发育模式、保守基序进行了分析。结果表明,这9个NAC转录因子均是亲水蛋白,分子量范围在19.63~28.92 kD之间,等电点范围在8.40~9.87之间,同一亚族成员具有相似的保守基序。对这9个NAC转录因子在小麦与条锈菌、赤霉菌互作过程中的表达变化进行了模拟分析,发现TaNACL-B1和TaNACL-D1的表达受条锈菌和赤霉菌的诱导。利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)技术检测了接种叶锈菌的小麦中TaNACL-A1、TaNACL-B1和TaNACL-D1的表达模式,结果显示,3个基因的表达量在小麦与叶锈菌亲和互作与非亲和互作中存在明显差异,均在12~72 h呈上升趋势,在亲和组中的表达量高于非亲和组,表明它们可能在小麦与叶锈菌互作过程中发挥负调控作用。综上所述,本研究初步筛选到了与小麦抗病相关的带有核定位信号的NAC转录因子,为研究NAC转录因子在小麦与病原物互作过程中的作用提供了参考。

关键词：小麦 NAC转录因子核定位信号生物信息学分析叶锈菌