稻曲病菌的分离及其多样性分析

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稻曲病是一种水稻穗部病害,由稻曲病菌Ustilaginodea Wrens(Cooke)Takahashi在水稻穗部为害产生稻曲球。稻曲病过去仅在中晚稻田中零星发生,20世纪80年代以来,随着直立型和密穗型高产水稻品种大力推广及农田肥力的提高,稻曲病的发生日益严重。稻曲病不仅影响稻米的产量和品质,而且产生稻曲病菌毒素,对人和动植物都有毒性,目前已经上升为水稻产区的主要病害之一。   一般认为厚垣孢子是稻曲病主要的初侵染源,在水稻开花前后从穗部进行侵染:但也有人猜测稻曲病是系统侵染病害。长期以来,由于稻曲病菌的人工接种成功率极其低下,从而制约了稻曲病菌的侵染途径与发育方式的研究。一个行之有效的接种方法一直是稻曲病研究的瓶颈问题。   本研究主要包括稻曲病菌分离方法的比较研究、稻曲病菌无性孢子形成过程及厚垣孢子萌发率测定、中国不同地理来源稻曲病菌rDNA-ITS的分析和中国不同地理来源稻曲病菌rDNA-IGS的分析4个内容。   1.本文对不同情况下稻曲病菌的分离方法进行了比较研究。结果表明成熟早期稻曲球上的绝大多数新鲜的厚垣孢子具有萌发能力,及时进行分离培养是病原菌成功分离的关键。随保存时间的延长,厚垣孢子萌发能力急剧下降;消毒处理可杀死大部分的厚垣孢子。菌核可长期保存并保持极高的萌发生长能力,是稻曲病菌分离最为理想的材料。稻曲球中部的致密菌丝组织分离难度较大,只能作为稻曲病菌分离的一种补救方法。   2.分离得到的稻曲病菌在PSA培养基上26℃黑暗条件下人工培养,在不同培养时期的菌落上取样,进行扫描电镜观察。结果发现,在培养的第7天,菌落表面上部分菌丝开始纠结,形成初期的集结状菌丝结构;第14天,集结状菌丝结构体积增大,数量增多,其上丌始产生大量分生孢子;一些分散的菌丝上也可产生少量的分生孢子。第2l天,菌落表面产生黄色子实体,子实体的外层是一层菌丝,内部集生大量厚垣孢子。第30天,黄色子实体体积进一步增大,数量增多,早期形成的子实体开始成熟,并从顶端或一侧破裂,散出厚垣孢子。厚垣孢子形成后,随着保存时间的延长,萌发率急剧下降。   3.利用ITS4、ITS5扩增稻曲病菌的rDNA-ITS片段,扩增产物的电泳条带为650bp左右。测序分析结果表明,我国不同地区35个菌系的rDNA-ITS序列完全一致,即同源性为100%。这说明我国不同生态区的稻曲病菌具有高度同源性,其ITS具有高度保守性。将获得序列与Genbank中的rDNA-ITS序列进行比对,结果表明,这些序列和Genbank中的ABll6645、ABl05954同源性为100%。这说明我国的稻曲病菌和日本的稻曲病菌也具有高度同源性。   4.设计了用于扩增稻曲病菌rDNA-IGS区全长的引物UIGSI和UIGSⅡ。利用引物UIGSI和UIGSⅡ对部分稻曲病菌菌系的rDNA-IGS区进行扩增,然后克隆、测序。序列分析结果表明,稻曲病菌的rDNA-IGS区包括中间易变区和两边的保守区。这些菌系两边的保守区序列相似值达到99.44%。中间的易变区含有一个77bp的重复单元,重复单元重复次数的不同导致了不同菌系具有不同的长度多态性。为了更直观的检测rDNA-IGS的长度多态性,我们设计了针对其中间易变区的PCR扩增引物UIGSⅢ和UIGSⅣ,能够更清楚的显示不同菌株rDNA-IGS的长度多态性。   利用引物UIGSⅢ和UIGSⅣ对35个稻曲病菌菌系进行了多态性检测,共检测到4中多态性类型。具有长度多态性的菌系比例较低,这进一步证明了稻曲病菌遗传稳定和一致性。多态性类型和菌系的地理来源没有明显关系。但不同地理来源的菌系变异比例有很大不同,这需要更多的稻曲病菌系进一步证明。
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