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云贵川地区条形柄锈菌小麦专化型群体遗传分析

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菌物学报 2024年第11期43卷 89-101页

作者：张志博刘迪刘瀚铮张思玥赵璟琛张吉光李宇翔胡小平商文静西北农林科技大学植物保护学院植保资源与病虫害治理教育部重点实验室农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室陕西杨凌712100

云贵川地区是我国小麦条锈病的常发区,明确我国云贵川地区条形柄锈菌小麦专化型Puccinia striiformis ***遗传结构和菌源交流关系,对该地区及流行区小麦条锈病的防治具有重要意义。本研究以2022年采自云南、贵州和四川的203株条形柄锈... 详细信息

云贵川地区是我国小麦条锈病的常发区,明确我国云贵川地区条形柄锈菌小麦专化型Puccinia striiformis ***遗传结构和菌源交流关系,对该地区及流行区小麦条锈病的防治具有重要意义。本研究以2022年采自云南、贵州和四川的203株条形柄锈菌小麦专化型菌株为试验材料,利用25对KASP-SNP引物完成基因型分析。根据KASP-SNP分子数据进行遗传聚类分析结果表明,贵州西部群体与云南中部群体分布更相似,遗传距离更近。群体遗传结构分析表明除四川盆地群体外,其他群体的遗传结构相似。主成分判别分析进一步说明四川盆地群体相对独立,与其他群体菌源交流较少,除四川盆地群体外的各群体之间存在频繁的菌源交流。群体遗传分化分析显示四川盆地群体与云南东北部-凉山州群体FST最大,为0.043,两者遗传差异最大。贵州西部群体与云南中部群体遗传分化程度最低,为0.003。通过基因流分析显示,各群体之间基因流(Nm)均大于4,表明各群体之间存在频繁的基因交流。遗传多样性分析表明四川盆地群体与贵州西部群体遗传多样性水平较高,香农信息指数分别为0.527和0.487。本研究证明我国云贵川地区内部既存在频繁的菌源交流,又存在相对独立的地区,云南和贵州的条形柄锈菌小麦专化型可能作为1个大群体在我国小麦条锈病菌的传播中发挥作用。

关键词：条形柄锈菌小麦专化型 KASP-SNP 群体遗传云贵川地区

VdToxD1和VdToxD3调控大丽轮枝菌微菌核的萌发

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菌物学报 2022年第12期41卷 1980-1991页

作者：曹永红刘涛商文静秦君胡小平西北农林科技大学植物保护学院农业部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室陕西杨凌712100

大丽轮枝菌Verticillium dahliae是一种土传性植物病原真菌,可侵染660多种植物,引发黄萎病。微菌核是大丽轮枝菌在侵染后期形成的特殊休眠结构,可在土壤中存活14年,是黄萎病的主要初侵染来源。本研究在前期大丽轮枝菌萌发与休眠微菌核... 详细信息

大丽轮枝菌Verticillium dahliae是一种土传性植物病原真菌,可侵染660多种植物,引发黄萎病。微菌核是大丽轮枝菌在侵染后期形成的特殊休眠结构,可在土壤中存活14年,是黄萎病的主要初侵染来源。本研究在前期大丽轮枝菌萌发与休眠微菌核转录组分析的基础上,选择微菌核休眠状态高表达的VdToxD1和VdToxD3基因进行功能研究。结果发现,VdToxD1和VdToxD3敲除突变体菌株的微菌核萌发率分别为87.3%和86.0%,显著高于野生型菌株的64.0%;负调控微菌核萌发的转录因子VdCrz1与VdToxD1上游的–937 bp到–349 bp中的特定基序结合,与VdToxD3上游的–752 bp到–496 bp中的特定基序结合,结合位点均位于2个基因的启动子区。

关键词： ToxD基因 VdCrz1转录因子微菌核萌发休眠

小麦吸浆虫小热激蛋白基因Hsp21.9的克隆及在滞育过程与温度胁迫下的表达特性

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中国农业科学 2023年第1期56卷 79-89页

作者：古丽旦刘洋李方向成卫宁西北农林科技大学植物保护学院/农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室西安市农业技术推广中心

【目的】小麦吸浆虫（Sitodiplosis mosellana）是最重要的小麦害虫之一，滞育使其度过酷暑和严寒。本研究旨在探讨小麦吸浆虫小热激蛋白（small heat shock protein,sHsp）基因Hsp21.9在滞育中的作用。【方法】利用RACE和RT-PCR技术从... 详细信息

【目的】小麦吸浆虫（Sitodiplosis mosellana）是最重要的小麦害虫之一，滞育使其度过酷暑和严寒。本研究旨在探讨小麦吸浆虫小热激蛋白（small heat shock protein,sHsp）基因Hsp21.9在滞育中的作用。【方法】利用RACE和RT-PCR技术从小麦吸浆虫滞育前幼虫中克隆Hsp21.9全长cDNA序列；利用生物信息学软件对其核苷酸和编码蛋白特性进行分析；采用RT-qPCR技术分析Hsp21.9在滞育进程（滞育前、滞育、滞育后静息期和滞育后发育）不同阶段幼虫及夏滞育幼虫在短期（≤120 min）极端高温（35—50℃)和越冬幼虫在短期（≤120 min）极端低温（0—-15℃）胁迫下的表达模式；通过大肠杆菌原核表达系统诱导表达及纯化其编码蛋白，采用吸光值法测定重组蛋白抑制猪心苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase,MDH）热聚沉的能力。【结果】克隆获得了cDNA全长为1 087 bp的小麦吸浆虫Hsp21.9，命名为SmHsp21.9(GenBank登录号：KT749988)，其开放阅读框长度为582 bp，编码193个氨基酸，其中谷氨酸含量最高（12.4%），半胱氨酸含量最低（0.5%）；预测的蛋白分子量为21.9 kD，等电点为5.67。SmHsp21.9氨基酸序列具有小热激蛋白家族典型的α-晶体结构域，该结构域由6个β-折叠组成，其在空间上形成β-三明治结构。蛋白序列相似性和系统进化分析表明，SmHsp21.9蛋白与长角亚目昆虫摇蚊（Chironomus riparius）Hsp27的相似性最高、亲缘关系最近。RT-qPCR分析结果表明，小麦吸浆虫滞育不同时期幼虫SmHsp21.9表达量存在显著差异，进入滞育后表达量显著降低，10月后逐渐升高，滞育后静息阶段的12月和翌年1月显著高于其他季节。与未处理的对照相比，35—45℃高温、-5—-10℃低温处理可显著诱导越夏、越冬幼虫SmHsp21.9的表达，以30—60 min处理诱导效果较明显；高于50℃或低于-15℃诱导效果不明显。获得的SmHsp21.9重组蛋白可显著抑制MDH在高温（43℃）下聚集，具有显著的分子伴侣活性。【结论】小麦吸浆虫SmHsp21.9的表达不仅受滞育发育影响，而且受环境温度的调控，其可能参与滞育的启动和终止，且与滞育期间的耐热和耐寒性相关。

关键词：小麦吸浆虫 Hsp21.9 基因克隆滞育温度胁迫基因表达

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小麦对麦长管蚜的耐害性及评估方法

植物保护学报 2022年第4期49卷 983-993页

作者：胡想顺李广阔张战凤赵惠燕刘同先西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室陕西杨陵712100 新疆农业科学院植物保护研究所农业农村部西北荒漠绿洲作物有害生物综合治理重点实验室乌鲁木齐830091

为更有效地将耐害性用于小麦病虫害的绿色防控,该文就小麦对麦长管蚜的耐蚜性及其评估方法进行总结。具有耐蚜性的小麦受到一定数量蚜虫为害时,田间产量损失不明显,或能够通过生理生态途径补偿产量损失。耐蚜性不影响蚜虫的取食及生物... 详细信息

为更有效地将耐害性用于小麦病虫害的绿色防控,该文就小麦对麦长管蚜的耐蚜性及其评估方法进行总结。具有耐蚜性的小麦受到一定数量蚜虫为害时,田间产量损失不明显,或能够通过生理生态途径补偿产量损失。耐蚜性不影响蚜虫的取食及生物学参数,对蚜虫进化压力小,因此田间表现更稳定。耐蚜小麦可以允许田间存在一定数量的蚜虫,这不仅可以减轻防治压力,还可以为天敌提供食物,有利于天敌的保护和利用,更符合有害生物绿色防控理念的核心。然而,目前抗麦长管蚜的小麦抗源鉴选主要是以蚜量为基础的抗生性和不选择性,耐害性被忽视。鉴于麦长管蚜田间蚜量与小麦产量(千粒重)损失率正相关,且峰值蚜量和小麦千粒重受损敏感期在小麦灌浆期重合,因此提出了以耐蚜值(千粒重损失率和灌浆期蚜情指标的比值)为依据计算耐蚜指数来评估小麦耐害性的方法,该方法可弥补抗源鉴选中忽视耐害性的不足,也能克服以田间千粒重损失率为依据评估耐害性时很难实现蚜量统一的不足,同时消除抗生性和不选择性带来的影响。

关键词：小麦麦长管蚜抗性表型耐害(蚜)性评估方法耐蚜值耐蚜指数

小麦品种(系)对麦红吸浆虫抗性指标筛选与抗性评价

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昆虫学报 2014年第11期57卷 1321-1327页

作者：郝亚楠张箭龙治任王越成卫宁西北农林科技大学农业部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室陕西杨凌712100

【目的】筛选小麦对麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana抗性的准确鉴定方法,明确生产上栽培小麦品种(系)对吸浆虫的抗性,为抗虫小麦品种的筛选和利用提供科学依据。【方法】2012-2014年在陕西周至县建立麦红吸浆虫抗性鉴定圃,调查并分析... 详细信息

【目的】筛选小麦对麦红吸浆虫Sitodiplosis mosellana抗性的准确鉴定方法,明确生产上栽培小麦品种(系)对吸浆虫的抗性,为抗虫小麦品种的筛选和利用提供科学依据。【方法】2012-2014年在陕西周至县建立麦红吸浆虫抗性鉴定圃,调查并分析各参试小麦材料的估计损失率、粒被害率、穗被害率、单穗虫口和实际产量损失率及其相关性,筛选出较准确的指标;并以筛选到的指标为依据,评估参试材料的抗性。【结果】估计损失率连续两年与其他3个抗性指标及实际产量损失率的相关性最强,且均达到极显著水平。2012-2013年参试的85份和2013-2014年评估的80份材料中,高抗、中抗和低抗材料合计分别为25份和40份;重复种植的16份材料中,14份两年均表现为抗性,其中科农1006和晋麦47连续表现为高抗。【结论】估计损失率为具代表性且较准确的吸浆虫抗性鉴定指标。筛选出的抗性材料可作为抗吸浆虫的主推品种或后备品种,也可作为亲本材料进行抗性育种研究。

关键词：麦红吸浆虫小麦品种(系) 鉴定指标估计损失率抗性评价

麦长管蚜唾液腺铁结合蛋白SaFer1功能研究

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昆虫学报 2024年

作者：胡戈洋刘德广西北农林科技大学植物保护学院植保资源与病虫害治理教育部重点实验室农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室

【目的】本研究旨在探索麦长管蚜Sitobion avenae唾液蛋白SaFer1在蚜虫取食过程中的功能，明确其对蚜虫-植物互作的影响。【方法】以麦长管蚜唾液腺转录组数据为基础，克隆麦长管蚜SaFer1的cDNA全长序列，进行生物信息学分析；利用RT-q... 详细信息

【目的】本研究旨在探索麦长管蚜Sitobion avenae唾液蛋白SaFer1在蚜虫取食过程中的功能，明确其对蚜虫-植物互作的影响。【方法】以麦长管蚜唾液腺转录组数据为基础，克隆麦长管蚜SaFer1的cDNA全长序列，进行生物信息学分析；利用RT-qPCR检测SaFer1在不同发育阶段(1-4龄若蚜和无翅成蚜)、无翅成蚜不同组织(头、胸部、腹部、唾液腺、中肠和胚胎)、不同翅型(无翅和有翅)成蚜及取食不同食料（小麦和人工饲料）的1-4龄若蚜和无翅成蚜中的表达量；利用烟草瞬时表达系统探究SaFer1蛋白功能及亚细胞定位；利用酵母分泌系统验证SaFer1信号肽功能；通过RNAi沉默无翅成蚜中的SaFer1，计算存活率和日均产蚜量，利用昆虫刺探电位仪检测无翅成蚜对小麦的取食行为EPG参数，利用RT-qPCR检测SaFer1被RNAi后麦长管蚜取食3 d时小麦叶片中防御相关基因(ROS相关基因NOX和SOD、水杨酸通路相关基因PAL及茉莉酸通路相关基因AOS和FAD)的表达量。【结果】麦长管蚜SaFer1(GenBank登录号：PP760384)cDNA长1212 bp，ORF全长675 bp，编码224个氨基酸残基，蛋白质相对分子质量为25.5 kD，等电点为6.20，N端具有信号肽，该蛋白与大戟长管蚜Macrosiphum euphorbiae中未命名蛋白(GenBank登录号：CAI6358877.1)同源性最高。RT-qPCR结果显示，SaFer1在麦长管蚜各发育阶段均有表达，属于组成型表达基因，并在无翅成蚜肠道和唾液腺中高表达。SaFer1能够抑制由促凋亡蛋白BAX(Bcl-2 associated X protein)诱导产生的本氏烟叶片坏死现象；SaFer1定位于本氏烟叶片细胞膜与细胞核上；SaFer1信号肽具有分泌活性。与对照组(dsGFP)相比，沉默SaFer1使得麦长管蚜日均产蚜量显著降低，取食过程中E1波时长显著降低，F波及G波时长显著增加，NOX、SOD、PAL、AOS和FAD7的表达量显著上调。【结论】麦长管蚜唾液蛋白SaFer1属于效应蛋白，在麦长管蚜与寄主植物互作中能通过抑制寄主的防御反应来帮助该蚜虫取食，提高该蚜虫适合度，在蚜虫-寄主互作中发挥重要作用。

关键词：麦长管蚜唾液蛋白植物防御效应子铁结合蛋白 RNAi

利用改进Faster-RCNN识别小麦条锈病和黄矮病

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农业工程学报 2022年第17期38卷 176-185页

作者：毛锐张宇晨王泽玺高圣昌祝涛王美丽胡小平西北农林科技大学信息工程学院杨凌712100 西北农林科技大学植物保护学院杨凌712100 农业农村部黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室杨凌712100

条锈病和黄矮病是严重威胁小麦生产的重大病害,病害的早期识别对病害防控具有重要意义。现有病害识别模型对相似表型症状识别困难,对早期病害的识别准确度低。为此,该研究构建了一种改进的快速区域卷积神经网络(Faster Regions with CNN... 详细信息

条锈病和黄矮病是严重威胁小麦生产的重大病害,病害的早期识别对病害防控具有重要意义。现有病害识别模型对相似表型症状识别困难,对早期病害的识别准确度低。为此,该研究构建了一种改进的快速区域卷积神经网络(Faster Regions with CNN Features,Faster-RCNN)的病害识别方法。该方法采用卷积核拆解和下采样延迟策略优化了深度残差网络(Deep Residual Neural Network,ResNet-50),用优化后的ResNet-50作为主干特征提取网络以增强所提取特征的表达力,同时简化模型的参数;并采用ROI(Region of Interest)Align改进ROI迟化层以降低特征量化误差,提升识别的精度。在自建的涵盖200余种不同发病时期、不同抗感性的小麦叶部图像数据集上进行试验,结果表明:改进的Faster-RCNN识别方法比其他SSD(Single Shot Multi-Box Detector)、YOLO(You Only Look Once)和Faster-RCNN网络模型的平均精度均值(mean Average Precision,m AP)分别提升了9.26个百分点、7.64个百分点和14.97个百分点。对小麦条锈病、黄矮病、健康小麦和其他黄化症状小麦识别的平均精度均值可达98.74%;对小麦条锈病和黄矮病轻、重症识别的平均精度均值可达91.06%。同时,模型损失函数值降低更快,整体性能表现更优。进一步开发小麦病害智能识别系统部署研究模型,使用微信小程序进行田间小麦病害的识别。在最大并发100的条件下,小程序平均返回时延为5.02 s,识别返回成功率为97.85%,对两种小麦病害及其细分轻重症识别的平均准确率为93.56%,能够有效满足实际应用需求,可用于指导病害的科学防控。

关键词：模型病害识别 Faster-RCNN ResNet 分组卷积数据增强

一色草蟋蝉成虫贮菌体、脂肪体和精巢内共生菌的多样性与功能

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昆虫学报 2024年

作者：郭琼周金瑞韩小虹刘璐魏琮西北农林科技大学植物保护学院植保资源与病虫害治理教育部重点实验室农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室

【目的】本研究旨在超微结构和基因组水平上对一色草蟋蝉Tettigetta isshikii成虫贮菌体、脂肪体和其他组织中的专性共生菌及兼性共生菌多样性与功能进行研究，更深入理解半翅目(Hemiptera)头喙亚目(Auchenorrhyncha)昆虫与内共生菌的... 详细信息

【目的】本研究旨在超微结构和基因组水平上对一色草蟋蝉Tettigetta isshikii成虫贮菌体、脂肪体和其他组织中的专性共生菌及兼性共生菌多样性与功能进行研究，更深入理解半翅目(Hemiptera)头喙亚目(Auchenorrhyncha)昆虫与内共生菌的共生关系。【方法】野外采集一色草蟋蝉雌雄成虫，采用透射电子显微镜和荧光原位杂交等技术明晰雌成虫贮菌体、脂肪体、卵巢、受精囊、唾液腺、锥形体、滤室和肠道及雄成虫精巢中共生菌Karelsulcia， Hodgkinia和Wolbachia的分布。对一色草蟋蝉雌成虫贮菌体和脂肪体及雄成虫精巢中的共生菌进行宏基因组测序和组装，通过基因组注释分析其功能。采用最大似然法和贝叶斯法分析一色草蟋蝉和其他昆虫中沃尔巴克氏体Wolbachia的系统发育关系，明确其系统地位。【结果】一色草蟋蝉雌成虫贮菌体中含有专性共生菌Karelsulcia和Hodgkinia，而属于F超群的兼性共生菌Wolbachia不仅存在于雄成虫精巢小管上皮细胞的细胞质和细胞核中，还存在于精子和雌成虫脂肪体的细胞核中。基因组注释分析表明，Karelsulcia和Hodgkinia的基因参与宿主必需氨基酸和维生素的合成，而Wolbachia的基因则参与核黄素代谢、血红素途径以及嘌呤和嘧啶的生物合成。Wolbachia在精子细胞核内增殖并可导致细胞核破裂。系统发育关系表明Wolbachia属于F超群，与节肢动物和线虫的Wolbachia亲缘关系最近。【结论】本研究揭示了一色草蟋蝉成虫贮菌体中共生菌Karelsulcia和Hodgkinia的潜在营养功能，并发现Wolbachia对宿主昆虫可能既有益又有害的独特现象，研究结果有助于进一步解析蝉科(Cicadidae)昆虫与共生菌间的复杂共生关系和协同演化。

关键词：一色草蟋蝉吸食汁液昆虫共生菌共生关系基因组缩减

果生刺盘孢致病关键转录因子CfCrzA的功能

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菌物学报 2024年第1期43卷 45-57页

作者：卢一鸣刘广利杨文睿梁晓飞孙广宇张荣西北农林科技大学植物保护学院旱区作物逆境生物学国家重点实验室、植保资源与病虫害治理教育部重点实验室、农业农村部西北黄土高原作物有害生物综合治理重点实验室陕西杨凌712100

由果生刺盘孢Colletotrichumfructicola引起的苹果炭疽叶枯病是我国苹果上的一种新病害。前期通过组学分析发现一个在侵染早期表达的转录因子CfCrzA,本研究拟明确其在果生刺盘孢生长发育和致病中的作用。生物信息学分析显示,CfCrzA为刺... 详细信息

由果生刺盘孢Colletotrichumfructicola引起的苹果炭疽叶枯病是我国苹果上的一种新病害。前期通过组学分析发现一个在侵染早期表达的转录因子CfCrzA,本研究拟明确其在果生刺盘孢生长发育和致病中的作用。生物信息学分析显示,CfCrzA为刺盘孢属保守基因。采用同源重组方法获得2个敲除突变体。表型分析显示,突变体ΔCfCrzA与野生型WT生长速率无明显差别;致病性测定显示,ΔCfCrzA对苹果叶片和果实致病力显著下降。玻璃纸接种试验显示ΔCfCrzA孢子萌发率降低26%±3%,附着胞形成率降低43%±1%;叶片组织学观察发现ΔCfCrzA附着胞形成率降低60%±1%,但侵染泡囊和初生菌丝形成不受影响。培养发现ΔCfCrzA对细胞壁胁迫相关SDS的敏感性显著提升。这些结果表明转录因子CfCrzA为果生刺盘孢的关键致病因子,主要通过影响分生孢子萌发、附着胞形成等影响其致病力。

关键词：果生刺盘孢苹果转录因子C2H2 炭疽叶枯病