大麦条纹病是对大麦产量及品质影响最为严重的病害之一,为探明我国不同来源的大麦种质对条纹病的抗性差异并挖掘与大麦抗条纹病相关联的候选标记,本研究利用97个SSR标记对137份大麦品种进行遗传多样性及群体结构分析,并结合抗性鉴定结果进行关联分析.结果表明,人工接种大麦条纹病菌后共鉴定出18份免疫、27份高抗、28份中抗、42份中感和22份高感大麦材料;在97对SSR引物中挑选出85对多态性较好的引物,85对SSR标记共检测到651个等位变异,平均每个标记为7.57个;SSR标记的基因多样性指数变幅为0.0401～0.8646,平均值为0.5799;多态性信息含量变幅为0.0393～0.8498,平均值为0.5155,137份大麦材料的遗传距离范围为0.1021～0.4807,平均值为0.2774;聚类分析及群体遗传结构分析均将137份大麦种质分为4大类群;根据一般线性模型(GLM,general linear model)共获得7个与大麦抗条纹病显著关联的标记(P＜0.05),解释率在5.80％～17.89％之间,其中标记EBmatc0039的解释率最高;标记EBmac77和MGB357与大麦条纹病抗性呈极显著相关(P＜0.01),二者在一般线性模型中解释率分别为6.07％和9.60％.本研究结果可为大麦抗条纹病育种提供参考.

为探索青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum)NBS-LRR类基因在青稞抗条纹病中的分子作用机制,该研究以抗条纹病青稞品种'昆仑14号'和感病品种'Z1141'为材料,从叶片中克隆了HvtRGA基因.HvtRGA基因长3 544 bp,包含一个3 306 bp开放阅读框,编码1 101个氨基酸.序列测序后比对发现,'昆仑14号'与'Z1141'的碱基序列相似性为99.89％,'Z1141'的碱基在1196和1945位置处由G替换成A,但氨基酸序列相似性为100％.蛋白质序列分析表明,HvtRGA为亲水性的不稳定酸性蛋白,具有NB-ARC保守结构域和5个LRR结构域,属于NBS-LRR家族.HvtRGA蛋白与大麦的rgaS-9217、rgaS-226编码的NBS-LRR氨基酸序列相似性分别为96.55％和88.72％.进化树分析表明,青稞与小麦族的大麦、硬粒小麦和二穗短柄草NBS-LRR聚为一个分支,且与大麦rgaS-9217编码的蛋白亲缘关系最近,其次是大麦rgaS-226编码的蛋白,而与狗尾草和栗的亲缘关系最远.qRT-PCR结果表明,条纹病胁迫下,抗病品种和感病品种的HvtRGA基因的表达量极显著升高,且抗病品种'昆仑14号'感病后基因表达量显著高于感病品种'Z1141'.研究推测,HvtRGA基因在青稞抗条纹病的调控过程中可能发挥着重要作用.

为探索NBS-LRR类基因RPS2在青稞抗条纹病过程中的作用,该研究以抗条纹病青稞品种'昆仑14号'和感病品种'Z1141'为材料,参照转录组序列设计引物,克隆得到一个差异表达的青稞HvnRPS2基因,进行相应的生物信息学分析,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)法分析HvnRPS2基因在条纹病侵染下不同抗性青稞品种的表达模式.结果表明:(1)HvnRPS2基因全长3089 bp,无内含子,包含1个2760 bp的开放阅读框,编码919个氨基酸,理论等电点为5.93,预测蛋白分子量为104.2 kD,其编码的蛋白为亲水性蛋白,二级结构主要由无规则卷曲和ɑ-螺旋组成.(2)蛋白质多序列比对及进化树分析表明,HvnRPS2含有高度保守的NB-ARC和LRR结构域,属于NB-ARC蛋白家族成员,与大麦HvRPS2和水稻OsRPS2亲缘关系最近.(3)qRT-PCR分析显示,随着条纹病感病时间的延长,青稞HvnRPS2基因表达量呈先降低后升高再降低的模式;与正常叶片相比,感病叶片的HvnRPS2基因表达量显著下调,且感病品种表达量下调值显著低于抗病品种(P<0.01).研究认为,HvnRPS2在青稞抗条纹病过程中发挥重要的负调控作用.研究结果为进一步探究该基因在青稞抗条纹病中的调控机理奠定基础.

为了解不同来源大麦对条纹病的抗性及遗传多样性,本研究采用"三明治法"通过人工接种大麦条纹病菌对91份大麦材料进行抗性评价,并通过31对SSR标记对91份大麦材料进行遗传多样性和群体结构分析.结果 表明,人工接种大麦条纹病菌后共鉴定出4份免疫、6份高抗、33份抗病、43份感病和5份高感大麦材料;31对SSR标记共检测出等位基因238个,平均每对标记可检测到7.677个等位基因,等位基因数的变幅为2～19;主基因频率变化范围为0.236,～0.951,平均值为0.394;基因多样性指数的变幅为0.094～0.871,平均值为0.667;多态性信息含量变幅为0.091～0.860,平均值为0.613;遗传相似系数变异范围为0.103～1.000,平均值为0.522;在遗传相似系数为0.783水平上可将参试材料聚为3个大类群,各大类分别包含86份、2份和3份材料;群体遗传结构分析表明,供试大麦材料分为3个亚群,每个亚群分别包含47份、33份和11份材料,且在91份材料中,Q＞0.6的材料占总数的97.80％.本研究经抗病鉴定及分子标记结果综合分析,可为挑选抗病亲本辅助抗大麦条纹病优良品种的选育提供参考.

[目的]荻草谷网蚜Sitobion miscanthi是我国农业生产中的重大害虫之一,其唾液中存在许多功能各异的效应蛋白,在取食过程中参与蚜虫-植物互作.本研究旨在探索荻草谷网蚜唾液蛋白SmHMp1在该蚜虫取食和繁殖过程中的功能,探索其作为沉默靶标用于防治荻草谷网蚜的可行性.[方法]基于荻草谷网蚜唾液腺转录组数据,克隆荻草谷网蚜SmHMp1的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析;以RT-qPCR技术测定荻草谷网蚜不同发育阶段(1-4龄若虫以及无翅成蚜)、无翅成蚜不同组织(唾液腺、头、胸、腹、胚胎以及整虫)、不同翅型成蚜(有翅成蚜和无翅成蚜)以及取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的无翅成蚜中SmHMp1基因表达量;以农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导的烟草瞬时表达确定SmHMp1蛋白的亚细胞定位;构建大麦条纹花叶病毒(barley stripe mosaic virus,BSMV)重组病毒载体,利用寄主诱导的基因沉默技术(host-induced gene silencing,HIGS)沉默荻草谷网蚜SmHMp1基因后,通过解剖、生命表和刺探电位(electrical penetration graph,EPG)技术分析SmHMp1基因沉默对荻草谷网蚜生长发育、繁殖和取食的影响.[结果]克隆获得荻草谷网蚜SmHMp1(GenBank登录号:OP021692)cDNA全长序列,其开放阅读框长426 bp,编码141个氨基酸残基;预测其蛋白质分子质量为16.2 kD,理论等电点8.74,N端具有长度为19个氨基酸残基的信号肽.系统发育分析显示,SmHMp1与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum未注释蛋白 LOC100165393 precursor(GenBank 登录号:NP_001155659.1)亲缘关系最近.RT-qPCR结果表明,荻草谷网蚜SmHMp1在各发育阶段均有表达,在1龄若虫期表达量最高,随发育时间总体呈先下降后升高趋势;SmHMp1在无翅成蚜唾液腺中表达量显著高于在其他组织中的;不同翅型成蚜中,SmHMp1表达量无显著性差异;取食不同饲料(人工饲料和小麦苗)的荻草谷网蚜无翅成蚜中SmHMp1表达量无显著性差异.亚细胞定位结果显示,SmHMp1蛋白定位于烟草细胞膜与细胞核.在接种BSMV-SmHMp1重组病毒小麦上取食的荻草谷网蚜无翅成蚜中SmHMp1表达量极显著下降至对照组(接种BSMV-GFP)的43.64％;沉默SmHMp1荻草谷网蚜无翅成蚜8日产蚜量和胚胎数显著下降,分别为对照组的54.17％和46.25％;韧皮部取食时间显著缩短至对照组的64.95％.[结论]唾液蛋白SmHMp1在荻草谷网蚜取食和繁殖过程中可能发挥重要作用,具有作为HIGS靶标防治荻草谷网蚜的应用潜力.本研究有利于深入理解分子水平上的蚜虫-寄主互作和发展针对荻草谷网蚜的绿色防控手段.