稻瘟病(Magnaporthe grisea)研究进展图片

3．孢子形成
• M.grisea 分生孢子的形成是全裂的，一个分生 孢子通过分生孢子梗的顶端膨胀产生，然后分 生孢子梗顶端向一边生长产生下一个分生孢子， 在成熟的分生孢子梗产生多个合轴的分生孢子。 • Conl-至Cno7-，是经REMI转化作用，使用化学 诱变剂或扦入诱变方法分离的。两个突变体， Con5-和con6-，没有产生任何分生孢子，其它 五个类型突变体显示出孢子的形成减少和发育 缺陷。
稻瘟病（ Magnaporthe grisea ） 研究进展
一.前言
• Mangaporthe grisea（Hebert）Barr 是异宗配合 的子囊菌，它主要引起早熟禾科（Poaceae）许 多种的病害。 • 完全可育菌系是自身可育的雌雄同株体，具有 交配位点 Mat I等位交换给予交配亲和性。最 近已报道，从瓶状体产生新月形小分生孢子 （平均大小6μm长，0.7μm宽），是由菌管产生 的 • 稻瘟病菌根据其在不同水稻栽培品种的致病力 不同分为若干个小种或致病小种。 • 关于稻瘟病菌致病性变异的程度与致病小种之 间的联系已引较大争议。
• 遗传研究已能确定稳定的和不稳定无毒基因， 虽然这些研究中描述不稳定的程度没有出现象 欧世璜报道那样极度异常。 • 直接从田间来的病菌分离菌株所表明的可育性 的程度高度不同，从高度可育雌雄同体，到完 全不育的菌系，雌性可育菌系，仅仅与雌雄同 体交配。 • 大多数从田间分离的水稻病菌可育性很差
• 对水稻上的致病菌进行遗传分析 • 细小染色体是否是导致低可育性的原因，但已 经显示小染色体与低水平的可育性之间有相关 性。 • 现已进行限制性片段长度多态性（RFLP）图 谱，克隆致病基因 • 已有的细胞学研究已表明M. grisea有6个染色体, 核型研究已鉴定了7个连锁群。图谱事例将可 产生对稻瘟病研究有价值的资源，已描图控制 寄主专化性的几个基因，根据图谱位臵已克隆 2个寄主专化性基因 .
• 2个回复转位子 • 一个回复转位子（retrotranposon），命 名Fosbury或MAGGY。 • 另外一个名叫grass-hopper • 已有对2个M.grisea因素（Fosbury和Pot2） 活跃的转位作用证据。Shull(1995) 鉴定 一个新的MGR586RFLP仅存在一个完全 四分体的八个成员中的一个。
• 已克隆具有潜在的或已被证实了作用的致 病性基因，现在充分证明通过基因干扰技 术零点突变产生
二、M.grisea群体
1．M.grisea 种内的寄主专化性
• 分子分析现正在确定M.grisea的寄主种专化性 的亚群体。核糖体DNA多态性分析（RFLP和 ITS序列）确定至少6个主要的病原菌单模式， 每一个有一组限制性寄主种专化模式。 • 水稻、稷属多个种（Eleusine spp）、 小麦，相 对应1、2、3 rDNA类群，显示密切相关，ITS 核苷酸0.3和1%差异，4、5、6 rDNA 群基因型 与先前的类群和彼此之间高度不同，ITS序列 差别范围为6-89%。线粒体DNA序列多态性分 析能独立确定寄主专化性单模式。
1．与染色体位臵相关的不稳定 性
• 克隆的不稳定的遗传位点中的2个， PWL2和BUF1，经常发生缺损。检测所 有自发发生的PWL2ˉ突变体已经缺失了 PWL2基因和至少30kbDNA序列,发现来 自从不同的亲本菌株的突变体分析，两 或 三类不同缺失。 • 所有检测的自发Buf-突变株包含BUF1基 因和邻近基因组序列的缺失。
• 狭窄侵入栓膨大形成初生菌丝，随后有 差别的成为一种膨大的鳞茎形的次生菌 丝，通过寄主组织扩展。 • 病菌在植物组织内鳞茎形状的菌丝明显 不同在琼脂培养基上的细长丝状菌丝， 可能是为了适应寄主组织不利的生存环 境。
• 若干对植物具毒性的病菌代谢物在稻瘟 病菌致病过程起作用。 • 细格孢酸CTA，来源一种环化的乙酰基 异亮氨酸。在植物保素中具代表性的， 因为与真菌的培养繁殖有联系。 • TA被认为决定寄主定殖的范围时起作用。
2．稻瘟病菌群体的无性谱系
• 从田间和地理位臵的隔离的相对交配型菌系的 菌株生殖水平低，表明侵染水稻的田间群体主 要是无性繁殖。 • Levy等（1991）通过用中间重复DNA序列亚克 隆为pCB586的分子分析稻瘟菌群体。清楚论证 稻瘟病菌群体的无性特征，在稻瘟菌中，MGR 586指纹有50以上可改变的EcoR I片段，范围 0.7-20kb，这些片段是分散在所有的染色体 上.Levy证实了在南美洲病菌群体分为8个明显 不同的类群（谱系），且每一个类群是通过同 一祖先无性繁殖所致。
四．寄主专化性的遗传控制
• 1. PWL寄主专化基因族 • 2．AVR2-YAMO无毒基因族
• 遗传分析鉴定2个基因，来自狗尾草病菌的 PWL1 ， 来 自 水 稻 病 菌 的 PWL2 ， 各 自 对 M.grisea菌系侵染弯叶画眉草能力起主要作用。 • 在水稻致病系统是典型的基因对基因系统，病 菌中的AVR基因与寄主中特定的抗病基因功能 性表现对应关系。 • 许多研究确定单一基因控制水稻品种的专化性， 一些研究显示复杂分离现象，有2个或多个致 病基因控制特定寄主专化性。
2．AVR2-YAMO无毒基因族
• AVR2-YAMO基因整个存在在一个调聚 15kbDNA片断内。这个基因编码含223氨 基酸的蛋白质。 • 在水稻病菌、马唐属病菌和狼尾草属病 菌中，存在AVR2-YAMO较高同源性的序 列。
五．M.grisea遗传不稳定性新 的观点
1．与染色体位臵相关的不稳定性 2．转位因子
三、致病的分子机理
• 1．侵入 • 2．扩展 • 3．孢子形成
1．侵入
• 稻瘟病菌已进化了一种复杂的机械侵入寄主组 织的机理，使用一种专门的附着胞，可能产生 最高的所知膨胀压。
• 附着胞发育特征包括附着胞孔，与基质相连接， 孔壁的覆盖物，和有局部浓缩的侵入栓,细胞外 的粘液和胶质物在侵入过程起关键作用。 • 遗传或化学方法阻止黑色素DHN的生物合成， 使附着胞不能产生侵染功能。沉积在原生质膜 和附着胞壁较厚一层黑色素，在附着胞内对可 溶性小分子渗透性起着栅栏作用。对构建巨大 的侵染栓压力起关键作用，估计在8obar，对非 生物降解，人工表面病菌使用机械侵入方式， 调节压力。构建的可溶性分子可能来源于糖原 的分解，因为在侵入前压力构建期，细胞质糖 原球体消失。
• 限定在表皮细胞的酶也可能在渗透过程 起作用.Weigard 等克隆了M. grisea角质酶 基因，CUTI，但是CUTI基因功能的丧失 对致病性没有明显的影响。 • Lee and Deau(1994)表明疏水性是关键因 素
• 硬度是诱导因素的关键 • 似乎表面局部解剖学与诱导性之间无关。 疏水的玻璃表面诱导的矛盾性结果可能 由于菌株不同，或对有多种物质污染的 表面系统的敏感性，可能刺激附着胞的 形成。
• 第二个惰性基因，PWL3，来自同一稷属 病菌和另一个惰性基因PWL4来自弯叶画 眉草，都已克隆。克隆的PWL3基因编码 一个无活性的蛋白质，PWL4基因编码一 个活性的蛋白质，但不表达 • PWL1 、 PWL3 和 PWL4 蛋白质分别与PWL2 蛋白质有74、49和55%相似性，PWL基因 看来是一个动态的，快速进化的基因族。
• 一个较大范围的遗传事件导致AVR2YAMO基因在其调聚位点失活 • 中国的谱系Ⅴ的菌株有同样大小AVR2YAMO E coR I片断（大约1.8kb） • 菌株有AVR2- YAMO调聚位点，具有与那 些研究相似的遗传不稳定性结果。
2．转位因子
• 转位因素提供了一个可证实的M.grisea遗 传变异的来源。已确定4簇的转位因子， 同时几个明显没有特征的重复DNA序列。 包括一个推断回复因素，即名为MGR538
• 指纹分析现已经在世界范围确定这些类 群。这一简单从把稻瘟病菌类群看作为 几组固定的谱系，比在不同的水稻栽培 品种上通过毒力测试确定几百水稻致病 类型结构来说提供更多的信息。
• 如果谱系信息有预测病菌分离株的小种 结构和这些分菌株的潜在变异，群体中 谱系结构对育种者应当是非常有意义。 • 含金字塔形的谱系专化抗病基因为基础 的谱系专化性育种策略，有效抵抗一个 特殊无性群体的所有菌系，在水稻中有 可能推进持久抗性育种。
• Talbot等鉴定了MPG1，在侵染结构起修饰作用 的基因 • 克隆的MPG1基因编码一小的，分泌富含半胱 氨酸的蛋白质，具有病菌疏水的特性。 • Lee和Dean证明 cAMP在干扰侵染结构形成时 起的作用。加入外源的cAMP和筛选的cAMP类 似物，在非诱导的表面刺激对附着胞的形成。
2．扩展
1. PWL寄主专化基因族
• PWL2，来自稻瘟病菌Guy11的专化基因 控制侵染弯叶画眉草的能力，在实验室 研究中出现遗传不稳定性。非致病的模 式菌株频频出现致病突变体 • PWL2基因编码一个富含甘氨酸，疏水多 肽，包括145个氨基酸区域
ห้องสมุดไป่ตู้
• 在多种杂草种病原M.grisea中表明与PWL2有同 源性的DNA序列的分布。 • 水稻的多数病菌和马唐属的病菌含有与PWL2 相似的同源序列。 • 稷属病菌同源性较少。 • 含有PWL1 基因的病菌与PWL2有较少同源性片 断，这种同源性导致克隆PWL1基因的全部功能。
• 水稻、小麦和稷属（Eleusine）病原菌有密切 相关线粒体DNA（mtDNA）类型，Ia、Ib、Ic 和Ie，其大小为1个或2个限制性片断的小差异。 • 水稻病原菌属于单一群体，稷属（Elousine ） 和马唐属（ Digitaria）病原体，每一类是分成 两个密切相关群体，而狼尾草属（Peurisetum） 病原菌属于两个较远的相关群体。
六．结论
• 插入诱变技术正在鉴定，致病性或孢子 形成的所要求的基因。 • 不同的cDNA 克隆技术在鉴定附着胞形 成期间所表达的一些基因或病菌在寄主 植物侵染性生长期表达的一些基因。 • 使用基因干扰技术突变分析已有可能鉴 定克隆的一些基因的功能。
• 主要的突破将来自发现单个AVR基因作用，例 如PWL2和AVR2-YAMO对病菌起什么作用。 • 具有致病性要求的AVR基因可能与持久抗性基 因相对应，这些基因在田间仍然有效，因为病 菌必须保持相应的AVR基因。 • 群体研究鉴定有菌系中特定克隆谱系内保留的 AVR基因，与AVR基因相反，在一些菌系中存 在，而另一些菌系没有，可以给这些病菌在田 间适应性的关键功能提供线索。因此，AVR基 因的研究也可能对致病过程关键机理及分子深 入地了解。
• 高变异不是M.grisea基因的一般特征 • 寄主除专化性基因PWL2和AVR-YAMO外 某些遗传位点至少在病菌的某些菌株中 是不稳定的。 • 从世界范围内收集的许多水稻病菌显示 出对BUF1黑色素生物合成基因的表达的 遗传不稳性
• 这种不稳定性也在减数分裂时发生。 • 在M.grisea变异潜在机制包括像B染色体， 准性循环，或在双链RNAS多态性。 • 在病菌中遗传不稳定看来与基因组不稳 定区频繁的正常发生的缺失和其他突变 有关。 • 在其它一些情况中，至少在实验室研究 中，转位也导致变异。