这项研究的作者是:Grace Sack,题为:使用 CRISPR/Cas9 编辑禾谷镰刀菌,已获批准,符合大学荣誉学位的论文或项目要求 ________ ______________________________________________________ 日期 Tilahun Abebe 博士,荣誉论文顾问 ________ ______________________________________________________ 日期 Jessica Moon 博士,大学荣誉项目主任
Ⅰ.实验方法与前文报道相同,采用5×40cm东洋纸131号进行纸离子电泳。在新配制的M/20-磷酸盐缓冲液,pH8.0中,250V电泳2.5小时后,将荧光部分和非荧光部分切成5cm以内的碎片,用10cc无热原生理盐水洗脱,按照日本药典描述的方法进行热原试验。用苯胺氢邻苯二甲酸酯和间苯二酚盐酸盐检测糖在所有样品中均为阴性。酿酒酵母(S 7)、枯草芽孢杆菌(Bs 24)、普通变形杆菌(Eb 51)、八叠球菌将Goodsir (Mi 55)、Micrococcus subflavus Cohn (Mi 3)、Cladosporium herbarum Link (Dm 11)、Fusarium roseum (Fu 12) 和Penicillium chrysogenum (P 73) 分别在合成培养基中培养 10 天,细菌为 pH 7.5 和 37°C,酵母和霉菌为 pH 5.5 和 24°C,然后在 15 磅下灭菌 15 分钟,并通过滤纸过滤。将滤液以 5 cc/kg 的剂量喂给兔子。
使用成簇的规律间隔短回文重复序列 (CRISPR)-CRISPR 相关蛋白 9 (Cas9) 系统进行基因组编辑极大地促进了真菌病原体的遗传分析。穗枯萎病真菌禾谷镰刀菌会给具有重要经济价值的谷类作物造成毁灭性损失。最近开发用于禾谷镰刀菌的 CRISPR-Cas9 系统使得基因组编辑更加高效。在本研究中,我们描述了一种基于 CRISPR-Cas9 的基因组编辑工具,用于将预组装的 Cas9 核糖核蛋白 (RNP) 直接递送到禾谷镰刀菌的原生质体中。使用 RNP 显著增加了转化子的数量和成功用选择标记替换目标基因的转化子的百分比。我们表明,由 Cas9 核糖核蛋白介导的单个双链 DNA 断裂足以实现基因删除。此外,短同源重组仅需要靶基因两侧 50 个碱基对区域。Cas9 RNPs 的高效率使得大规模功能分析、必需基因的鉴定和基因删除成为可能,而这些是传统方法难以实现的。我们期望我们的方法将加速禾谷镰刀菌的遗传学研究。
在谷物价值链中,影响谷物加工、生产、质量和安全的关键因素之一是真菌病原体和真菌毒素的发生。准确鉴定这些真菌病原体对于有效的疾病管理实践至关重要。本研究有三个项目目标。第一个目标是开发一种快速鉴定引起谷物镰刀菌穗枯病 (FHB) 和锈病的真菌的方法。第二个目标是调查 FHB 病原体种群变化的原因,包括禾谷镰刀菌的优势地位以及产生 3-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇 (3ADON) 毒素的基因型相对于其他真菌种类和产生 15-乙酰脱氧雪腐镰刀菌烯醇 (15ADON) 毒素的基因型。最后一个目标是研究小麦对不同禾谷镰刀菌分离株的宿主抗性。利用 MALDI-TOF 质谱法,通过基于蛋白质的物种特异性生化谱,成功地实现了真菌的快速鉴定,这是一种快速且经济有效的微生物鉴定方法。该方法已通过从感染的大麦、燕麦和小麦中分离出的镰刀菌和锈病菌种进行了验证。目前正在通过研究导致禾谷镰刀菌 3ADON 基因型占主导地位的因素来解决第二个目标。对产生 15ADON 和 3ADON 的两个代表性禾谷镰刀菌分离株进行的比较基因组学分析,已鉴定出一组可能与产生 3ADON 的基因型占主导地位有关的基因。CRISPR-Cas9 基因编辑正被用于在这些基因内创建靶向突变,并将产生的突变体与野生型分离株在体外和体内进行比较。最终目标是测试 5 个小麦品种(AAC-Tenacious、AAC-Brandon、CDC-Landmark、CDC-Stanley 和 CDC-Teal)对同两种禾谷镰刀菌分离物的抗性,包括单独接种和联合接种。本研究的结果将有助于改善谷物加工、生产、质量和安全,从而造福整个谷物价值链。
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摘要:禾谷镰刀菌是一种丝状真菌,是小麦和其他谷类作物赤霉病的病原体,在全球范围内造成了重大的经济损失。本研究旨在利用 CRISPR/Cas9 介导的基因缺失技术研究特定基因在禾谷镰刀菌毒力中的作用。使用 Illumina 测序来表征编辑引起的基因组变化。出乎意料的是,两个分离株中发生了 2 号染色体上 525,223 个碱基对的大规模缺失,包含超过 222 个基因。许多被删除的基因被预测与氧化还原酶活性、跨膜转运蛋白活性、水解酶活性等基本分子功能以及碳水化合物代谢和跨膜转运等生物过程有关。尽管遗传物质大量丢失,突变分离株在大多数条件下仍表现出正常的生长率和对小麦的毒性。然而,在高温和某些培养基中,生长率显著降低。此外,还进行了使用夹子浸种法、种子接种法和头点接种法的小麦接种试验。未观察到毒性的显著差异,这表明这些基因不参与感染或替代补偿途径,并允许真菌在基因组大量缺失的情况下保持致病性。
蚜虫是一种会直接危害农作物的昆虫,它通过吸食植物汁液和间接传播可引起疾病的微生物来造成损害。谷类作物是许多蚜虫物种的宿主,包括禾谷管蚜(一种具有重要经济价值的蚜虫物种)。记录和分类蚜虫对于评估和预测农作物损害是必要的。因此,可作为决策控制措施的基础。它还可用于评估植物对蚜虫的抗性。传统上,记录过程是手动的,依赖于放大和训练有素的工作人员。手动计数也是一个耗时的过程,容易出错。考虑到这一点,本文介绍了一种使用图像处理、计算机视觉和机器学习方法自动计数和分类禾谷管蚜的方法和软件。本文还对 40 个样本进行了专家手动计数与软件获得的值的比较。结果显示,计数分类 (rs = 0.92579) 和测量 (r = 0.9799) 具有很强的正相关性。总之,该软件被证明是可靠的,并且对蚜虫种群监测研究有用。
产铁载体率为37.95–49.55%。其固氮能力范围为49.23至151.22 μg/mL。这些菌株对植物病原菌具有很强的拮抗活性。特别是,A. chroococcum B-4148和A. vinelandii B-932抑制了禾谷镰刀菌、Bipolaris sorokiniana和Erwinia rhapontici的生长,而P. chlororaphis subsp. aurantiaca B-548对禾谷镰刀菌和B. sorokiniana表现出拮抗作用。由于所有测试菌株都具有生物相容性,因此它们被用于形成多个联合体。协同效应最大的菌群是菌群 6,其包含的菌株 B-4148、B-932 和 B-548 的比例为 1:3:1。该菌群的最佳营养培养基包含 25.0 g/L Luria-Bertani 培养基、8.0 g/L 糖蜜、0.1 g/L 七水硫酸镁和 0.01 g/L 硫酸锰水溶液。最佳培养温度为 28°C。我们研究中创建的微生物菌群在农业实践中具有很高的应用潜力。进一步的研究将集中于其在体外条件和田间试验中对植物(特别是谷类作物)生长发育的影响。
2.1 真核信使 RNA 测序 ................................................................................................ 5 2.2 转录组测序 .............................................................................................................. 5 2.3 真核小 RNA 测序 ................................................................................................ 6 2.4 真核环状 RNA 测序 ............................................................................................. 6 2.5 真核全转录组测序 ............................................................................................. 6 2.6 长读转录组测序 ............................................................................................. 6 2.7 单细胞转录组测序 ............................................................................................. 7 3. 表观遗传学测序 ............................................................................................. 8 4. 预制文库测序 ............................................................................................. 9