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醛脱氢酶基因FvALDH-52和FvALDH-82对拟轮枝镰孢生长发育和致病力的影响

植物保护学报 2025年第1期52卷 201-210页

作者：贾慧任志国张晓杰刘宁孙蔓莉曹志艳董金皋河北农业大学植物保护学院华北作物改良与调控国家重点实验室河北省植物生理与分子病理学重点实验室保定071000

为明确醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase,ALDH)在玉米病原真菌拟轮枝镰孢Fusarium verticillioides生长发育及致病中的作用,利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)技术分析拟轮枝镰孢的ALDH家族成员FvALDH-52和FvALDH-82基因在侵染玉米籽粒不同时期的表达水平,通过遗传转化方法对FvALDH-52和FvALDH-82进行基因敲除,分析2个基因在拟轮枝镰孢生长发育及致病性中的作用。结果表明:FvALDH-52和FvALDH-82在侵染玉米籽粒过程中表达水平均升高。敲除FvALDH-52和FvALDH-82基因后,拟轮枝镰孢的分生孢子产生能力降低,同时对H_(2)O_(2)和乙醛更加敏感,产生的伏马毒素显著降低;FvALDH-52基因敲除后导致病菌对玉米籽粒和玉米茎秆的致病力减弱。表明ALDH基因FvALDH-52在拟轮枝镰孢生长发育和致病过程中起着重要作用。

关键词：醛脱氢酶拟轮枝镰孢玉米病害基因表达功能分析

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拟轮枝镰孢与玉米籽粒互作的差异基因筛选及代谢通路分析

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中国农业科学 2023年第6期56卷 1086-1101页

作者：渠清刘宁邹金鹏张雅璇贾慧孙蔓莉曹志艳董金皋河北农业大学生命科学学院河北省植物生理与分子病理学重点实验室/华北作物改良与调控国家重点实验室河北农业大学植物保护学院

【目的】拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）引起的玉米穗腐病是我国玉米产区发生严重的病害之一，论文旨在了解病原菌与玉米籽粒互作过程中的基因表达差异，为揭示病原菌的致病机制和玉米抗病机制提供依据。【方法】对拟轮枝镰孢... 详细信息

【目的】拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）引起的玉米穗腐病是我国玉米产区发生严重的病害之一，论文旨在了解病原菌与玉米籽粒互作过程中的基因表达差异，为揭示病原菌的致病机制和玉米抗病机制提供依据。【方法】对拟轮枝镰孢侵染玉米籽粒0、4、12和72 h的样品进行转录组测序，之后采用生物信息学分析，分别以玉米和拟轮枝镰孢基因组为参考，以|log2FC|≥1,P-adjust<0.05为阈值筛选互作过程中玉米和拟轮枝镰孢的差异表达基因，利用GO和KEGG对其进行功能注释及富集分析。Goatools软件分析植物-病原互作、MAPK途径和植物激素信号转导通路相关差异基因的表达变化，采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）方法对测序差异基因进行验证。【结果】在互作4、12和72 h后拟轮枝镰孢分别有140、400和1 945个基因上调表达，有9、302和1 784个基因下调表达；玉米分别有293、692和1 426个基因上调表达，320、482和153个基因下调表达。GO和KEGG富集分析显示，侵染早期拟轮枝镰孢在细胞间隙生长，差异基因主要富集在RNA生物合成、细胞壁结构成分、脂肪酸生物合成、蛋白质代谢、碳水化合物代谢、生物过程和代谢过程等通路中。拟轮枝镰孢早期侵染触发了玉米活性氧（ROS）爆发，差异基因主要富集在对活性氧、过氧化氢的反应，几丁质酶、单加氧酶活性，木质素代谢过程等相关通路中。侵染后期拟轮枝镰孢继续在籽粒中定殖及扩展，差异基因主要富集在碳水化合物和细胞壁多糖分解代谢过程、跨膜转运、氧化还原酶活性等功能通路中。玉米主要通过苯丙素、木质素、类黄酮生物合成，MAPK信号通路、植物-病原互作和植物激素信号转导等途径差异基因大量表达响应病原菌侵染。随机选取6个玉米和6个拟轮枝镰孢的差异表达基因进行qRT-PCR分析，基因表达规律与转录组测序结果一致，证实了RNA-seq的准确性。【结论】在病原菌侵染早期，拟轮枝镰孢在细胞间隙生长，触发玉米活性氧爆发，相关通路差异基因表达；侵染中后期，病原菌以淀粉为营养素，继续在籽粒中定殖及扩展，玉米通过苯丙素、木质素及几丁质酶的生物合成等方面的相关基因表达响应拟轮枝镰孢侵染，同时植物-病原互作、MAPK途径和激素信号转导等途径参与抗拟轮枝镰孢侵染。

关键词：拟轮枝镰孢玉米穗腐病转录组植物-病原互作基因表达差异表达基因

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拟轮枝镰孢ATMT突变体库的构建及分析

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中国农业科学 2019年第8期52卷 1380-1388页

作者：孙华马红霞丁梦军李坡石洁刘树森河北省农林科学院植物保护研究所/农业部华北北部作物有害生物综合治理重点实验室/河北省农业有害生物综合防治工程技术研究中心

【目的】通过建立适用于拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)的农杆菌介导遗传转化体系,构建绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)标记的拟轮枝镰孢ATMT(Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation)突变体库,并对突变体库进行筛选分析,为研究拟轮枝镰孢在玉米果穗上的侵染途径和致病的分子机制打下基础。【方法】筛选头孢噻肟钠(cefotaxime sodium,Cefo)和氨苄青霉素钠(ampicillin sodium,Amp)对根癌农杆菌AGL-1的抑菌浓度和拟轮枝镰孢对潮霉素B(hygromycin B)的敏感浓度;以含有绿色荧光蛋白基因(GFP)、潮霉素抗性基因(HPH)的穿梭质粒为载体,通过ATMT构建GFP标记的拟轮枝镰孢突变体库;利用潮霉素抗性筛选、GFP的特异性引物进行PCR检测和荧光显微镜观察,检测分析T-DNA插入情况及转化子稳定性;从突变体库中随机挑选9个转化子菌株并进行分析,对其产孢量、分生孢子萌发率、致病力等进行测定。【结果】通过农杆菌抑菌试验发现当Cefo/Amp的浓度为150/150μg·mL时,AGL-1生长受到抑制;当潮霉素B的浓度为150μg·mL时,拟轮枝镰孢完全丧失生长能力。利用优化后的ATMT转化获得了2 465株GFP标记的拟轮枝镰孢转化子;转化子在不含潮霉素B的PDA培养基上连续转接5代再转到含潮霉素B的培养基上仍能正常生长,说明HPH成功插入野生型基因组且稳定遗传;利用GFP特异性引物对转化子进行PCR检测,测序结果显示与NCBI中GFP(登录号:LC420351.1)的同源性为99.26%,表明GFP已成功整合到野生型基因组中;转化子菌丝和孢子在荧光显微镜下观察均呈现绿色,而野生型菌株未观察到任何荧光,表明GFP转移到拟轮枝镰孢野生型菌株基因组中,且能够成功表达。对部分转化子分析发现,与野生型相比转化子54的产孢量明显增多,约为野生型的1.9倍;转化子24的分生孢子萌发率在相同时间内明显下降;转化子13的致病力增强,病害级别达到9级,转化子33和16致病力减弱为3级,转化子4致病力最弱为1级,部分转化子生物学性状未发生明显变化。【结论】构建了农杆菌介导GFP标记的拟轮枝镰孢突变体库,筛选分析获得了产孢量、孢子萌发率、致病力发生变化的突变体,为进一步研究拟轮枝镰孢侵染玉米果穗的途径和致病的分子机制打下了基础。

关键词：玉米拟轮枝镰孢 ATMT 突变体库绿色荧光蛋白转化子

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拟轮枝镰孢荧光标记与侵染结构观察

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中国农业科学 2023年第18期56卷 3556-3573页

作者：哈丹丹郑红霞张振昊竺利红刘浩王教瑜周雷天津科技大学生物工程学院浙江省农业科学院农产品质量安全与营养研究所/农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室浙江省农业科学院植物保护与微生物研究所

【目的】以玉米穗腐病优势病原菌和伏马毒素主要产毒菌拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）为研究对象，构建组成型表达绿色荧光蛋白GFP、红色荧光蛋白DsRED、过氧化物酶体靶向标记蛋白DsRED-PTS1和细胞骨架F-actin结合蛋白LifeAct-... 详细信息

【目的】以玉米穗腐病优势病原菌和伏马毒素主要产毒菌拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）为研究对象，构建组成型表达绿色荧光蛋白GFP、红色荧光蛋白DsRED、过氧化物酶体靶向标记蛋白DsRED-PTS1和细胞骨架F-actin结合蛋白LifeAct-GFP的荧光菌株，观察拟轮枝镰孢侵染玉米须表皮的穿透结构，明确拟轮枝镰孢侵染结构形成的调控机制和影响因素。【方法】通过农杆菌介导的遗传转化方法将荧光表达载体p COM-GFP、p COM-Ds RED、p COM-Ds RED-PTS1和p COM-Life Act-GFP分别导入拟轮枝镰孢野生型菌株D85-2中，PCR鉴定含有目标基因的转化子，激光共聚焦显微镜观察各荧光蛋白的表达和分布；接种玉米须观察侵染结构；赛璐酚膜模拟植物表皮穿透试验，观察穿透结构和F-actin的动态组装；使用F-actin聚合抑制剂Latrunculin A、三环唑和活性氧抑制剂DPI(diphenyleneiodonium chloride)检测穿透结构形成的影响因素。【结果】建立了以遗传霉素G418为抗性标记的遗传转化方法；FV-GFP和FV-DsRED菌株分别具有清晰、明亮的绿色荧光和红色荧光，FV-DsRED-PTS1菌株中红色荧光呈圆点状分布，符合真菌中过氧化物酶体的分布特征，FV-LifeAct-GFP菌株孢子和菌丝内部具有丝絮状绿色荧光，符合真菌中F-actin蛋白的分布特征；玉米须表皮侵染过程中观察到菌丝顶端膨大类似附着枝侵染结构；赛璐酚膜模拟穿透试验观察到穿透结构中F-actin蛋白的成环组装；药物胁迫试验表明，穿透结构的形成受F-actin蛋白聚合和活性氧调控。同时，三环唑能够抑制穿透。【结论】构建了4种荧光标记菌株，细胞定位清晰，具有正常的生长表型和致病力，能够满足致病机制相关研究需求；明确了拟轮枝镰孢在侵染玉米时能够形成一种菌丝顶端膨大的类似附着枝状的侵染结构；确定了F-actin成环聚集、细胞骨架组装和活性氧调控是影响拟轮枝镰孢侵染结构形成的关键因素。

关键词：拟轮枝镰孢荧光标记过氧化物酶体侵染结构细胞骨架活性氧

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拟轮枝镰孢丙氨酸转氨酶FvALT的克隆与表达分析

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生物技术通报 2024年第12期40卷 256-263页

作者：郝楠耿珊赵雨薇侯智涵赵斌刘颖超河北农业大学植物保护学院保定071000

【目的】拟轮枝镰孢是玉米穗腐病的主要病原菌,探究拟轮枝镰孢FvALT的生物学功能,为新型靶向杀菌剂开发提供理论依据。【方法】利用ProtParam、ProtScale、WoLF PSORT和Clustal X等在线工具对FvALT的生理生化特征及同源性进行分析;采用S... 详细信息

【目的】拟轮枝镰孢是玉米穗腐病的主要病原菌,探究拟轮枝镰孢FvALT的生物学功能,为新型靶向杀菌剂开发提供理论依据。【方法】利用ProtParam、ProtScale、WoLF PSORT和Clustal X等在线工具对FvALT的生理生化特征及同源性进行分析;采用SOMPA和SWISS-MODEL获得其蛋白结构,并利用AutoDock分析FvALT与底物的结合能力;进而通过原核表达和亲和镍柱层析方法获得目的蛋白,通过荧光滴定技术验证FvALT与底物的结合能力。【结果】FvALT为亲水性蛋白并定位于胞浆中,其蛋白二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主,并在镰孢菌中高度保守,具有典型的PTZ00377 superfamily结构域;FvALT的最佳诱导条件为0.4 mol/L IPTG,16℃诱导16 h;FvALT与α-酮戊二酸具有较强的结合作用,结合位点为ARG^(310)、SER^(149)、SER^(298)、SER^(300)和ASP^(258)。【结论】拟轮枝镰孢FvALT具有典型的丙氨酸转氨酶特征,与底物α-酮戊二酸特异结合。

关键词：拟轮枝镰孢丙氨酸转氨酶生物信息学分析原核表达分子对接

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拟轮枝镰孢对多菌灵的敏感性及抗性菌株生物学性状和交互抗性

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农药学学报 2020年第3期22卷 439-446页

作者：杨石有刘倩宇万亚美郭聪聪庞民好刘颖超董金皋河北农业大学植物保护学院河北保定071001 海南大学林学院海口570228 河北农业大学河北省植物生理与分子病理学重点实验室河北保定071001

为评价玉米穗腐病主要致病菌拟轮枝镰孢Fusarium verticillioides对多菌灵的敏感性,采用菌丝生长速率法测定了采自山东、河北、河南、四川、甘肃、辽宁及宁夏7省(自治区)的168株玉米穗腐病拟轮枝镰孢对多菌灵的敏感性,并对经药剂驯化获... 详细信息

为评价玉米穗腐病主要致病菌拟轮枝镰孢Fusarium verticillioides对多菌灵的敏感性,采用菌丝生长速率法测定了采自山东、河北、河南、四川、甘肃、辽宁及宁夏7省(自治区)的168株玉米穗腐病拟轮枝镰孢对多菌灵的敏感性,并对经药剂驯化获得的拟轮枝镰孢抗多菌灵菌株主要生物学性状和交互抗性进行了研究。结果表明:多菌灵抑制拟轮枝镰孢菌丝生长的EC50值在0.0132~0.7740 mg/L之间,平均EC50值为(0.2208±0.1437)mg/L。敏感性频率分布显示,供试病原菌群体中已出现对多菌灵敏感性下降的亚群体,但其中仍有35.71%的菌株对多菌灵的敏感性频率呈正态分布,因此可将此部分菌株的平均EC50值(0.0814±0.0289)mg/L作为拟轮枝镰孢对多菌灵的相对敏感基线。药剂驯化共获得6株抗性菌株,抗性倍数在5.05~12.22之间。抗性菌株的菌丝生长速率及菌丝干重均低于亲本菌株,表明其抗性菌株的生物适合度有所降低,同时发现其抗药性均不能稳定遗传。室内交互抗性测定结果表明,拟轮枝镰孢对多菌灵的抗性与咪鲜胺、戊唑醇、三唑酮及吡唑醚菌酯之间均不存在交互抗性关系。

关键词：玉米穗腐病拟轮枝镰孢多菌灵敏感性抗性菌株生物学性状交互抗性

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拟轮枝镰孢和禾谷镰孢Hsp70基因家族鉴定及其在不同温度下的表达模式

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农业生物技术学报 2022年第12期30卷 2407-2416页

作者：陈悦李海笑刘峥刘宁孙蔓莉曹志艳董金皋河北农业大学生命科学学院河北省植物生理与分子病理学重点实验室/华北作物改良与调控国家重点实验室河北农业大学植物保护学院保定市教育科学研究所

拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)、禾谷镰孢(F. graminearum)是引起玉米(Zea mays)茎腐病和穗腐病等病害的主要致病菌，可造成玉米产量和品质的下降，并影响机械化收获，同时病菌产生的真菌毒素会给人和家畜的健康带来严重威胁。... 详细信息

拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)、禾谷镰孢(F. graminearum)是引起玉米(Zea mays)茎腐病和穗腐病等病害的主要致病菌，可造成玉米产量和品质的下降，并影响机械化收获，同时病菌产生的真菌毒素会给人和家畜的健康带来严重威胁。热激蛋白(heat shock proteins, HSP)可以在生物体处于环境压力时大量表达从而防止蛋白质变性来提高生物体对各种逆境的抵抗力，目前Hsp70是最保守且研究较为广泛的一类热激蛋白。为探究拟轮枝镰孢及禾谷镰孢生长是否受温度的调控，本研究把生长期一致的拟轮枝镰孢和禾谷镰孢接种到培养基上，分别放置于20、25与30℃的培养箱中培养，发现拟轮枝镰孢30℃时生长迅速，菌丝茂密，而禾谷镰孢20℃时生长更好。为进一步明确Hsp70基因家族是否参与调控温度胁迫下拟轮枝镰孢和禾谷镰孢的生长发育，本研究通过全基因组搜索，在拟轮枝镰孢基因组中鉴定获得了9个Hsp70基因，在禾谷镰孢基因组中鉴定得到了6个Hsp70基因，利用qPCR技术检测了生长在20、25和30℃条件下的拟轮枝镰孢和禾谷镰孢Hsp70基因家族的相对表达量。结果显示，拟轮枝镰孢Hsp70基因家族中的FvHsp70-2、FvHsp70-4、FvHsp70-5与FvHsp70-6基因在20℃的表达量显著升高(P<0.05)，尤其基因FvHsp70-2,20℃时的表达量约是30℃时的4.5倍；而禾谷镰孢中与FvHsp70-6亲缘关系近的FgHsp70-6、与FvHsp70-2亲缘关系近的FgHsp70-2、与FvHsp70-4亲缘关系近的FgHsp70-4及与FvHsp70-5亲缘关系近的FgHsp70-3在30℃时表达量显著升高(P<0.05)。以上结果说明，拟轮枝镰孢和禾谷镰孢中均存在响应逆境温度的Hsp70基因，由此建立的Hsp70家族基因在不同温度下的表达模式可为解析Hsp70基因家族响应温度变化调控拟轮枝镰孢及禾谷镰孢生长的分子机制提供理论依据。

关键词：拟轮枝镰孢禾谷镰孢热激蛋白70(Hsp70) 温度表达模式

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拟轮枝镰孢二氢乳清酸氧化酶对伏马毒素合成的影响

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河南农业科学 2022年第3期51卷 95-103页

作者：李绍宽刘静赵楠庞民好唐博文赵斌刘颖超河北农业大学植物保护学院河北保定071001

拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)是玉米穗腐病的主要病原菌之一,其产生的伏马毒素是一种有毒次级代谢产物,严重降低玉米品质,威胁食品安全。DHOD基因编码二氢乳清酸氧化酶(DHOD),主要通过参与生命体中的嘧啶合成途径来影响机体的... 详细信息

拟轮枝镰孢(Fusarium verticillioides)是玉米穗腐病的主要病原菌之一,其产生的伏马毒素是一种有毒次级代谢产物,严重降低玉米品质,威胁食品安全。DHOD基因编码二氢乳清酸氧化酶(DHOD),主要通过参与生命体中的嘧啶合成途径来影响机体的DNA、RNA合成,进而调控次生物质代谢等过程。为明确DHOD基因在拟轮枝镰孢伏马毒素生物合成中的作用,首先分析拟轮枝镰孢DHOD的系统发育关系,然后通过同源重组法创制拟轮枝镰孢DHOD基因敲除突变体,采用高效液相色谱法(HPLC)检测拟轮枝镰孢野生型与DHOD基因敲除突变体伏马毒素产生量的差异,并利用RT-qPCR技术分析DHOD基因及伏马毒素合成相关基因的表达量。系统发育分析及序列同源比对结果表明,DHOD基因在镰孢菌中较保守;PCR和RT-qPCR分析表明,采用同源重组法获得了拟轮枝镰孢DHOD基因敲除突变体;HPLC分析显示,DHOD基因敲除突变体的毒素产量较野生型显著下降88.32%~93.56%;RT-qPCR检测结果表明,拟轮枝镰孢DHOD基因敲除突变体中fum1、fum6、fum8和fum13基因表达量较野生型均显著下降。综上所述,拟轮枝镰孢中DHOD基因表达量与伏马毒素的产量呈正相关。

关键词：拟轮枝镰孢二氢乳清酸氧化酶伏马毒素同源重组基因表达玉米穗腐病

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化学防控玉米蛀穗害虫对减轻拟轮枝镰孢穗腐病及伏马毒素的作用

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中国农业科学 2021年第17期54卷 3702-3711页

作者：李琴珵石洁何康来王振营中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室河北省农林科学院植物保护研究所

【背景】拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）引起的穗腐病严重影响玉米产量和品质,其产生的伏马毒素威胁食品安全。亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）和桃蛀螟（Conogethes punctiferalis）等穗期害虫危害可导致玉米严重减产,并... 详细信息

【背景】拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioides）引起的穗腐病严重影响玉米产量和品质,其产生的伏马毒素威胁食品安全。亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）和桃蛀螟（Conogethes punctiferalis）等穗期害虫危害可导致玉米严重减产,并加重玉米穗腐病的发生。【目的】评估2种杀虫剂（甲维盐和氯虫苯甲酰胺）、3种杀菌剂（氰烯菌酯、戊唑醇和苯醚甲环唑）对玉米穗期病虫害的防治效果以及对玉米产量和籽粒中伏马毒素含量的影响;明确施用杀虫剂后接菌对穗腐病发病的影响,探究防治玉米穗期病虫害的有效方案,为玉米安全生产提供技术支撑。【方法】以郑单958为供试玉米,在2019年春、夏两季于河北廊坊进行田间试验。玉米大量吐丝后5 d和20 d两次施药,接菌处理于吐丝后7 d进行。在玉米完熟期调查虫害级别、穗腐病发病率和病情指数、果穗穗长、行粒数、穗重和百粒重,计算防治效果和增产情况,并用高效液相色谱-串联质谱法分析籽粒中伏马毒素B1、B2的含量。【结果】与对照相比,施用甲维盐和氯虫苯甲酰胺均可显著降低平均虫害级别、穗腐病发病率、病情指数、伏马毒素含量。与单独施用杀虫剂相比,施用杀虫剂与杀菌剂的混剂未显著降低平均虫害级别、穗腐病发病率、病情指数、伏马毒素含量,也未显著提高产量和对上述病虫害的防治效果。与仅接菌的处理相比,施用氯虫苯甲酰胺后接菌处理在穗腐病发病率、病情指数和伏马毒素含量方面均显著下降。在春玉米和夏玉米试验中,25 g·hm-2氯虫苯甲酰胺及其与杀菌剂的混剂对穗部螟虫的防治效果分别达82.1%—92.7%、94.2%—95.0%,而30 g·hm-2甲维盐及其与杀菌剂的混剂对穗部螟虫的防治效果显著低于25 g·hm-2氯虫苯甲酰胺,仅为57.8%—78.0%、83.1%—89.9%。2种杀虫剂对穗腐病的防治效果无显著差异,春玉米防治效果均>60%,夏玉米防治效果均>88%。对于产量而言,各处理均对果穗穗长和行粒数无显著影响,药剂处理后的果穗穗重均显著高于对照,且各处理间无显著差异。施用杀虫剂后接菌对产量无显著影响。分别施用2种杀虫剂单剂或其与杀菌剂的混剂后,春玉米可增产5.49%—13.49%,夏玉米可增产9.20%—13.95%,玉米籽粒中伏马毒素含量均低于500μg·kg-1,而对照玉米中伏马毒素含量达2 817μg·kg-1。喷雾接菌处理的玉米中伏马毒素含量高达8 710μg·kg-1,而接菌前施用杀虫剂可将伏马毒素含量降至1 500μg·kg-1以下。【结论】施用25 g·hm-2氯虫苯甲酰胺和30 g·hm-2甲维盐均可通过显著降低玉米蛀穗害虫的危害,从而减轻穗腐病的发生并降低籽粒中伏马毒素含量,提高玉米产量和品质,而杀虫剂/杀菌剂混用与杀虫剂单用对虫害防控效果差异不显著;穗期害虫对果穗的伤害在穗腐病的发生过程中起决定性作用。综合各方面因素,25 g·hm-2的氯虫苯甲酰胺是防治穗期玉米害虫、减轻穗腐病较为理想的药剂。

关键词：化学防治虫害拟轮枝镰孢玉米穗腐病产量伏马毒素

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联合全基因组关联和转录组分析筛选玉米拟轮枝镰孢穗腐病的抗性候选基因

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作物学报 2024年第9期50卷 2279-2296页

作者：叶靓朱叶琳裴琳婧张思颖左雪倩李正真刘芳谭静云南大学农学院云南昆明650500

玉米是我国第一大粮食作物,实现玉米的高产稳产对于我国粮食安全、农业稳定有重要意义。穗腐病是一种严重危害全球玉米的真菌性病害,会造成玉米大幅减产和品质劣变。本研究选用我国玉米穗腐病的优势致病菌拟轮枝镰孢(Fusariumverticilli... 详细信息

玉米是我国第一大粮食作物,实现玉米的高产稳产对于我国粮食安全、农业稳定有重要意义。穗腐病是一种严重危害全球玉米的真菌性病害,会造成玉米大幅减产和品质劣变。本研究选用我国玉米穗腐病的优势致病菌拟轮枝镰孢(Fusariumverticillioides),对241份来源广泛的玉米自交系进行2年田间人工接种抗性鉴定,同时利用20,586个高质量SNP标记通过全基因组关联分析(genome-wideassociationstudy,GWAS),鉴定拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点;在此基础上选取对拟轮枝镰孢穗腐病表现高抗和高感的玉米自交系各1份,其籽粒在室内接种拟轮枝镰孢,通过对3个不同侵染时间的籽粒进行转录组测序(RNA-seq),分析抗感材料差异表达基因(differentiallyexpressedgenes,DEGs)及其富集情况;结合GWAS和RNA-seq结果,共同定位筛选抗病候选基因。主要研究结果如下:(1)综合2年田间抗性鉴定结果,筛选到4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系,其中含有热带血缘的玉米种质对拟轮枝镰孢穗腐病表现出更好的抗性。(2)2年GWAS分析共检测到26个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性显著关联的SNP位点,其中有18个位点位于前人定位到的QTL范围内。(3) RNA-seq结果表明,抗感材料对病原菌的响应基因不同。与感病材料相比,抗病材料均显示出更多的DEGs,且都有更多的上调基因;在抗感材料特异性DEGs共同富集的GO条目和KEGG通路中,抗病材料中富集到的DEGs占比显著多于感病材料;一些与植物防御病原菌相关的条目和通路也仅在抗病材料中被特异富集。(4)在GWAS检测到的显著关联位点上下游100 kb范围内筛选与转录组DEGs共同定位到的候选基因,结果 16个基因被GWAS和RNA-seq同时检测到;根据这些基因的蛋白功能及相关文献报道,从中预测到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因。综上所述,本研究筛选出4份抗拟轮枝镰孢穗腐病的玉米自交系,来自热带、亚热带的玉米种质可以作为抗逆性品种选育的研究重点;对抗感玉米自交系响应拟轮枝镰孢侵染的DEGs及其相关抗病机制进行了初步解析,联合GWAS和RNA-seq共定位到6个与拟轮枝镰孢穗腐病抗性相关的候选基因,研究结果为玉米穗腐病抗性基因的克隆验证与抗性品种的培育提供了一定的理论依据。

关键词：玉米穗腐病拟轮枝镰孢关联分析转录组分析抗性种质候选基因

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