植物病理学科点2009年度工作总结

植物病理学科点2009年度工作总结一年来，在学校和学院领导的关心支持下，植物病理学科点科教人员团结一心、密切协作，围绕本年度主要研究任务开展了大量工作。在引智、国际合作、人才培育，科研平台建设与学科方向凝练等方面取得了一系列重要进展，整体研究创新能力得到进一步提升。本年度获批国家及省部级科研课题18余项，科研经费达2217万元；获陕西省科学技术一等奖奖1项、陕西省教学成果二等奖奖1项；发表学术论文102篇，其中SCI收录48篇；申报国家发明专利4项；组织国际学术会议2次、国内学术会议1次；植物病理创新引智基地的农业部太白小麦条锈病菌重点野外科学观测试验站获得了全国野外观测台站先进集体；成功申报获批设立陕西省政府“三秦学者岗位”；“植物病理学教学团队”获批2009年陕西省普通高等学校教学团队。现将近一年来的研究工作进展做以下汇报。一、申报获批国家级、省部级科研项目情况2008－2009年植物病理学科点共获批国家自然科学基金重点项目与面上项目、国家转基因项目、国家农业行业项目等18项，合同总总经费2217万元（详见附表1）。较上年相比，科研经费有了明显的增加。二、发表学术论文本年度，植物病理学科点在《Annu.Rev.Phytopathol.》、《BMCGenomics》、《MolecularEcologyRecause》、《PhysiologicalandMolecularPlantPathology》、《EuropeanJournalofPlantPathology》、《MolecularBiologyReport》、《BiologicalControl》、《中国农业科学》、《植物病理学报》等国内、外刊物上发表学术论文102篇，其中SCI收录48篇。三、获科研、教学等成果奖及申报专利情况本年度获省部级各类奖项共3项，其中陕西省科学技术一等奖1项；陕西省教学成果二等奖1项；申报国家发明专利4项。1.“小麦赤霉病防治基础与应用研究”获陕西省政府2008年度科学技术一等奖；2.“依托国家重点学科优势，促进大学生创新能力培养的研究与实践”2009年获陕西省教学成果二等奖；3.农业部太白小麦条锈病菌重点野外科学观测试验站获得了全国野外观测台站先进集体。四、主要研究进展1.农作物重大病害成灾规律（1）开展小麦条锈病菌生理小种鉴定，明确条锈病菌群体毒性结构，为小麦抗条锈品种选育提供依据；建立条锈菌生理小种分子标记，挖掘条锈菌SSR标记，明确小麦条锈病菌群体分子遗传结构，揭示我国小麦条锈菌传播规律，为条锈病的综合治理提供科学依据。条锈病菌生理小种鉴定2008年度共在陕西省17个县、市（区）采集小麦条锈病标样218份。鉴定结果明确的已知小种类型有10个，分别属于Hybird46类群中的条中31号、条中32号、条中33号、HY-7、HY-8、水源11类群中的水源11-4、水源11-5、水源11-7、水源11-11、水源11-12、它们各自出现的频率依次为1.83%、43.57%、38.53%、0.51%、0.45%、2.29%、5.50%、0.45%、4.12%、0.45%、0.45%。其中，条中32号出现频率居第一位（43.57%），条中33号出现频率居第二位（38.53%），它们分布范围广，出现频率高，优势明显，致病性强，是陕西省小麦生产上主要流行的优势小种。因此，目前陕西省小麦抗条锈病育种仍然以条中32号和条中33号为主要对象。小麦条锈菌生理小种CYR32和CYR33小种专化性SCAR检测标记的建立将2007年采集于中国不同地区的86个小麦条锈菌菌系分别在小麦条锈病鉴别寄主上进行鉴定，共鉴定到CYR22、CYR24、CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、HY46-8、Z4、Su11-1、Su11-3、Su11-4、Su11-5、Su11-6、Su11-7和Su11-10。将其基因组DNA分别用94个RAPD引物进行扩增。其中，12个菌系鉴定为CYR33，14个鉴定为CYR32，其余60个鉴定为其它13个小种。RAPD引物S1271产生1个大小为320bp的片段与CYR32连锁，引物S1304产生1个550bp的片段与CYR33连锁。对这两个片段进行了克隆和测序。在测序基础上，将RAPD标记分别转化为SCAR标记CYR32sp1/sp2andCYR33sp1/sp2，并将CYR32和CYR33分别从其它小种中鉴定出来。进一步利用接种了这86个菌系中特定菌系的小麦叶片DNA和2006到2009年收集的另外63个菌系的孢子粉DNA对SCAR标记的有效性进行了检测。CYR32和CYR33的SCAR标记检测结果与鉴别寄主鉴定结果完全对应。因此，这两个SCAR标记是CYR32和CYR33的可靠检测标记。建立了条锈菌SSR标记在已构建的小麦条锈病菌cDNA文库的基础上，对小麦条锈菌cDNA文库蕴含的EST-SSR进行了分析，明确了小麦条锈菌EST-SSR的基本特征。在1307条无冗余EST序列中，发现了135条序列包含着170个SSR，平均长度为16.48bp，相对较短，平均分布频率是1/3.69kb，小麦条锈菌EST-SSR以三核苷酸重复最多，重复基元类型较为丰富，出现最多的重复基序是GTT/CAA类型。小麦条锈菌EST中SSR信息的明确为进一步建立和应用EST-SSR标记奠定了基础。对本研究开发的小麦条锈菌EST-SSR和已报道的适合条锈菌研究的SSR进行了多态性筛选，并结合TP-M13-SSR技术建立了适合中国小麦条锈菌群体遗传研究的微卫星分子标记体系，具有多态性丰富、灵敏度高、重复性好、高效简捷等优点，为进行大规模高通量的群体遗传研究奠定了基础。利用微卫星分子标记体系对17个小麦条锈菌模式生理小种和致病类型的遗传多样性分析显示，与传统毒性标记相比，微卫星分子标记对中国小麦条锈菌生理小种的分析能揭示出更高的遗传多样性水平，可为群体遗传研究提供宝贵的标记资源，研究证明两种标记特征并不相关。明确了中国小麦条锈病菌群体分子遗传结构本研究首次利用微卫星分子标记对中国9个省市的20个种群共2000余份小麦条锈菌个体进行了大规模、大范围的群体遗传分析，获得了以下结论：①从分子水平上明确了中国小麦条锈菌保持着较高的遗传多样性水平，各种群间存在着差异，其中天水种群是中国小麦条锈菌遗传多样性水平最高的种群，襄樊种群最低。②根据聚类结果及种群所在区域的地理分布特点，将20个种群分为6个不同地理区域的群体，分别为西北-川西北越夏区群体、关中盆地群体、陕南盆地群体、四川盆地群体、四川盆地以南群体和东部地区群体。明确了西北—川西北越夏区是中国小麦条锈菌遗传多样性最为丰富的地区，即为病原菌遗传多样性的中心区域，东部地区最低。各区域群体内种群间遗传分化程度最大的是东部地区群体，最小的为陕南盆地群体。③证明了西北越夏区和川西北越夏区存在着一定的基因交流，种群间的遗传关系与其所属的地理区划并不完全相关，同时明确了西北-川西北越夏区种群与3个相邻盆地的群体遗传关系，其中关中盆地与平凉和天水，四川盆地与阿坝、陕南盆地与陇南的小麦条锈菌群体遗传关系最近。④获得了中国小麦条锈菌部分种群间个体共享分子指纹的结果，提供了中国小麦条锈菌远距离传播的分子证据，并结合群体基因流强度参数和种群间遗传分化关系，在分子水平上为传统流行学对一些地区间存在菌源关系的推断提供了证据，如平凉与关中盆地间、汉中与安康间等；同时也发现了目前尚未报道过的一些地区间存在菌源交流的可能，如西北越夏区种群与四川盆地以南种群之间。获得了中国小麦条锈菌体细胞遗传重组的分子证据小麦条锈菌至今没有发现有性世代的存在，在通常情况下个体之间无基因交流，生殖上是隔离的，条锈菌这一特点并不利于其产生遗传变异，然而对自然群体的遗传多样性分析发现它存在较高的多态性水平，这些变异可能来自突变、异核作用或准性生殖，甚至存在有性杂交的可能。我们在采用SSR标记分析陇南地区小麦条锈菌群体遗传结构过程中，发现了小麦条锈菌的遗传重组现象的分子证据。11对SSR引物中4对能够检测到陇南地区小麦条锈菌存在体细胞遗传重组现象，而且重组体出现的频率较高。引物CPS15揭示的条锈菌重组体出现的频率为20.0%，引物CPS34揭示的条锈菌重组体出现的频率为18.5%，引物RJ20揭示的条锈菌重组体出现的频率为12.8%，引物RJ18揭示的条锈菌重组体出现的频率为15.0，陇南地区小麦条锈菌群体重组体出现的频率平均为16.6%。目前小麦条锈菌尚未发现有性生殖过程，在自然条件下其周年侵染循环主要通过无性生殖即夏孢子阶段来完成。小麦条锈菌群体中发现的遗传重组无疑涉及到条锈菌体细胞的结合、细胞核交换与重组。在自然环境下，同一小麦叶片往往可同时被条锈菌不同的生理小种侵染，不同生理小种通过芽管结合、胞间菌丝融合方式造成细胞核交换，最终细胞核经重新组合而导致遗传重组。条锈病是我国小麦生产上的重要病害，利用抗病性是控制小麦条锈病最经济有效的措施。由于条锈菌的毒性变异频繁，常常导致全生育期抗病品种丧失抗锈性而失去利用价值。植物病原菌的毒性变异机理涉及到有性杂交、突变、异核作用、准性生殖及适应性变异方式。本研究中获得的小麦条锈菌的遗传重组现象的分子证据，进一步表明我国小麦条锈菌在自然条件下通过遗传重组而导致毒性变异的可能性。建立了小麦条锈菌单孢子全基因组DNA扩增技术采用多重替代扩增（DMA）技术对小麦条锈菌单孢子进行了全基因组扩增研究。结果显示，单孢子全基因组扩增的DNA与常规方法提取DNA片段大小类似；分别对多拷贝的ITS区和单拷贝基因（β-tubulin基因）进行PCR扩增，扩增片段大小相同；扩增的DNA片段使用载体pMD19-T的引物M13+和M13-进行双向测序，在ITS序列的比对中，多个T（10）重复区有1-2个错配，但与β-tubulin序列一致，表明扩增DNA的完整性和可靠性。该研究为使用单个条锈菌孢子开展相关分子生物学研究建立了一种新技术。这些研究结果已在《MolecularEcologicalResoures》、《JournalofMicrobiologicalMethods》、《中国农业科学》、《菌物学报》、《植物病理学报》等刊物上发表。（2）揭示了小麦根腐平脐蠕孢侵染小麦穗部的细胞学特征用光镜和电镜技术研究了小麦根腐平脐蠕孢(Bipolarissorokiniana)侵染小麦穗部引起小麦黑胚病和小麦籽粒皱缩的过程。结果发现，接种后6-12小时，附着在小麦穗部外稃、内稃、籽粒表面的病菌分生孢子都可以萌发产生芽管，并在芽管和附着胞外观察到大量的外渗物存在，但在分生孢子表面几乎看不到。一般在表面有沟槽的地方产生的附着胞易形成侵染菌丝侵入表皮细胞壁，病菌在小麦籽粒表面和外稃内稃表面的侵染过程相似。病菌在穗部的生长主要在表皮细胞和拟薄壁细胞的细胞壁内，有时也可在细胞内和细胞间生长扩展。病菌对小麦籽粒的侵染有两种途径：直接从果皮的外部侵染果皮细胞壁与通过柱头进入果皮细胞。入侵菌丝顶端产生的寄主胞壁水解酶有利于病菌的侵染扩展。此外，病菌分泌产生的毒素可以解释与病菌接触和远离病菌的寄主细胞的迅速坏死现象。同时观察到与病菌相邻的寄主细胞壁与细胞质膜之间产生胞壁沉积物抵御病菌的侵染，有时也可观察到病菌菌丝周围有大量的电子致密物。（3）疫霉菌microRNA的鉴定和功能分析microRNA是一类小分子的非编码RNA，广泛存在于生物基因组中，对生物体的基因表达、阶段发育等生物学过程起着重要的调控作用。因此，对病菌microRNA的研究是全面认识病菌的阶段发育和致病机制不可缺少的重要环节。我们以大豆疫霉菌为模式材料，通过生物信息学、实验克隆技术以及制备和筛选大豆疫霉菌的化学突变体，鉴定、克隆和功能分析卵菌类植物病原菌的microRNA。目前已建立了大豆疫霉菌的化学突变体库、完成了大豆疫霉菌和寄生疫霉菌的小RNA测序工作(Solexa测序)，进一步的分析工作正在进行之中。此项研究获得科技部863计划生物与医药技术领域前沿探索项目的支持。（4）确定了杨树溃疡病的病