升高CO-,2-濃度誘導(dǎo)薇甘菊(Mikania micrantha)化感作用分子機(jī)理的研究.pdf

1、本研究首次探討了升高CO2濃度誘導(dǎo)薇甘菊化感作用的分子機(jī)理，揭示了升高CO2濃度誘導(dǎo)外來(lái)入侵植物通過(guò)增強(qiáng)化感作用而加劇入侵的分子機(jī)制，為有效的控制有害植物入侵提供參考依據(jù)。 大氣CO2濃度升高是全球變化的重要方面。據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)預(yù)測(cè)到21世紀(jì)末，大氣中CO2的濃度將會(huì)由目前的350ppm達(dá)到700ppm左右。薇甘菊（

2、Mikania micrantha H.B.K)是入侵我國(guó)華南地區(qū)的主要外來(lái)有害植物之一。目前從化感作用角度提出的"新奇武器"假說(shuō)為外來(lái)入侵植物提出了一種新的理論基礎(chǔ)。CO2濃度的升高會(huì)使植物同化物在體內(nèi)的含量和分配發(fā)生變化，影響植物次生代謝物質(zhì)的形成和分泌以及植物的化感作用。目前有關(guān)升高CO2濃度誘導(dǎo)入侵植物化感作用分子機(jī)制的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。 本研究主要研究結(jié)果如下： 1.通過(guò)構(gòu)建升高CO2（750ppm)濃度誘導(dǎo)薇甘

3、菊葉片的正向抑制性差減雜交（suppression subtractive hybridization，SSH)文庫(kù)，獲得349個(gè)質(zhì)粒，整理測(cè)序結(jié)果后獲得244條表達(dá)序列標(biāo)簽（Expressed Sequence Tag，EST)。篩選到了與具有化感作用的植物揮發(fā)性倍半萜——β-石竹烯合成相關(guān)的β-石竹烯合成酶，利用RACE（rapid amplification of cDNA ends，RACE)的方法克隆該基因cDNA全長(zhǎng)1898

4、 bp，編碼547個(gè)氨基酸。 2.應(yīng)用Real—time PCR分析表明升高CO2濃度可誘導(dǎo)薇甘菊葉片中β—石竹烯合成酶基因的表達(dá)量增加。運(yùn)用GC—MS和GC測(cè)定結(jié)果顯示升高CO2濃度增加了薇甘菊葉片中β—石竹烯的含量。同時(shí)生物測(cè)定不同CO2濃度下β—石竹烯對(duì)受體植物化感潛力的變化，結(jié)果在高濃度CO2條件下，β—石竹烯化感潛力明顯增強(qiáng)，尤其是對(duì)蘿卜（Raphanus sativus)。因此，升高CO2濃度可以誘導(dǎo)薇甘菊通過(guò)增強(qiáng)化

5、感作用而加劇入侵。 3.利用RT—PCR研究了薇甘菊β—石竹烯合成酶mRNA在根、莖、成熟葉片、幼嫩葉片、葉柄、花和種子等不同組織部位中的分布表達(dá)情況。結(jié)果顯示：薇甘菊β—石竹烯合成酶在成熟葉片和幼嫩葉片中表達(dá)量最高，在莖、葉柄和花中表達(dá)量次之，在根中表達(dá)量最低，種子中不表達(dá)。機(jī)械損傷薇甘菊葉片后連續(xù)5天的時(shí)間，在損傷后的第1至3天可誘導(dǎo)β—石竹烯合成酶基因的表達(dá)，且第1天的表達(dá)量最高，第4，5天與對(duì)照無(wú)差異，表明β—石竹烯合成

6、酶與薇甘菊的防御功能相關(guān)。 4.構(gòu)建了薇甘菊β—石竹烯合成酶亞細(xì)胞定位表達(dá)載體：35S：：MmCS—GFP，結(jié)果顯示β—石竹烯合成酶定位在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜。 5.發(fā)現(xiàn)了一種可以致使薇甘菊萎蔫的新病毒，該病毒屬于豇豆花葉病毒科（Comoviridae)蠶豆病毒屬（Fabavirus)，將其命名為薇甘菊萎蔫病毒（Mikania micrantha wilt virus，MMWV)。MMWV與龍膽花葉病毒（Gentian mos

7、aic virus，GeMV)的核酸同源性為75.6％，與蠶豆萎蔫病毒—1（Broad bean wilt virus—1，BBWV—1)的核酸同源性分別為56.6％和57％，與蠶豆萎蔫病毒—2（Broad bean wilt virus—2，BBWV—2)的核酸同源性為55.7％至58％。結(jié)果表明MMWV為蠶豆病毒屬龍膽花葉病毒的一種新的分離株。雖然MMWV不能使薇甘菊致死，但可有效的抑制薇甘菊的生長(zhǎng)，因此利用MMWV來(lái)控制薇甘菊的生