烯丙異噻唑誘導(dǎo)擬南芥抗逆的分子機(jī)理和應(yīng)用潛力探索.pdf

1、烯丙異噻唑(3-allyloxy-1，2-Benzisothiazole-1，1-dioxide，PBZ)是一種對植物低毒有效，對環(huán)境安全友好且價(jià)格低廉的人工合成的化學(xué)誘抗物質(zhì)。由于其可能作為一種影響植物系統(tǒng)獲得性抗性(Systemic acquired resistance，SAR)外源小分子參與植物SAR的誘導(dǎo)，而且對植物的正常的生長發(fā)育幾乎沒有影響。闡明其作用機(jī)制對了解植物SAR的誘導(dǎo)機(jī)理和開發(fā)新型生物農(nóng)藥都有重要意義。本研究以擬

2、南芥為對象，通過RT-PCR和病原菌接種等方法建立了PBZ誘導(dǎo)擬南芥SAR的實(shí)驗(yàn)體系。鑒定出多個(gè)響應(yīng)PBZ誘導(dǎo)的順式元件。通過信號通路抑制劑結(jié)合PBZ誘導(dǎo)順式元件進(jìn)行分析，初步揭示了受多種WRKY轉(zhuǎn)錄因子激活的水楊酸(Salicylic acid，SA)誘導(dǎo)合成及NPR1依賴的信號途徑與PBZ誘導(dǎo)SAR密切相關(guān)。另外，氧化還原狀態(tài)的改變、蛋白的磷酸化和Ca2+等早期信號也參與其中。這些結(jié)果與基因芯片分析的結(jié)果類似。在此基礎(chǔ)上，對鑒定出的

3、PBZ誘導(dǎo)元件進(jìn)行了三元件的二倍異質(zhì)組合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些組合啟動(dòng)子與同樣載體系統(tǒng)中的PR1啟動(dòng)子相比，普遍表現(xiàn)出了較低的本底表達(dá)和更高的PBZ誘導(dǎo)倍數(shù)。這一結(jié)果顯示構(gòu)建新型化學(xué)誘導(dǎo)系統(tǒng)是可能的。
　　 通過化學(xué)手段提高植物的非生物脅迫誘導(dǎo)抗性，尤其是通過可大田應(yīng)用的化學(xué)物質(zhì)提高植物抗旱耐鹽的研究尚不多見。本實(shí)驗(yàn)通過形態(tài)學(xué)觀察和生物量積累分析等方法，首次鑒定出PBZ處理可增加擬南芥抗旱耐鹽的特性。通過ABRE(ABA-respon

4、sive element)，DRE(dehydration-responsive element)，GCC和JERE(JA/ET responsive element)等順式元件分析發(fā)現(xiàn)，茉莉酸/乙烯和SA途徑可能與PBZ誘導(dǎo)避旱關(guān)系密切，但植物抗旱過程中常有重要作用的脫落酸依賴和非依賴的幾條信號途徑則關(guān)系不大。這與基因芯片分析的結(jié)果一致。突變體阻斷分析結(jié)果顯示，茉莉酸/乙烯信號通路受阻的coil-1、etrl-1突變體、SA信號通路中

5、重要因子NPR1的npr1突變體與野生型材料表現(xiàn)類似，只有與SA誘導(dǎo)合成關(guān)系密切的sid2-2突變體明顯阻斷了PBZ誘導(dǎo)的避旱表現(xiàn)。因此，推測PBZ是通過誘導(dǎo)SA依賴和NPR1非依賴的信號途誘導(dǎo)了植物的避旱性。這一結(jié)果顯示，PBZ以不同機(jī)制誘導(dǎo)植物抗生物脅迫和非生物脅迫的過程。
　　 雖然通過轉(zhuǎn)基因提高植物的抗逆性已有較多研究，但由于提高植物抗逆性涉及因素眾多，不易實(shí)現(xiàn)。因此，探索方便高效地提高植物抗逆的新方法顯得非常重要。在本

6、實(shí)驗(yàn)中，PBZ被用于研究與NPK1K誘導(dǎo)表達(dá)株系互作后，對植物抗?jié)B透脅迫能力和生物量積累的影響，以了解二者組合使用的效果。通過將逆境響應(yīng)的ABRE(ABA-responsive element)元件與煙草的促分裂原活化蛋白激酶的激酶之激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase NPK1)組合構(gòu)建融合基因。對其轉(zhuǎn)基因株系進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，NPK1K的適時(shí)適量表達(dá)能夠提高轉(zhuǎn)基因植物對

7、滲透脅迫的抗性和相對生物量積累。而經(jīng)PBZ處理的ABRE-NPK1K株系能明顯提高植物在干旱處理后的成活率，這一幅度比二者中任何一個(gè)的單獨(dú)作用效果都要明顯，而且還促進(jìn)了植物在于旱環(huán)境下的相對生物量積累。這些結(jié)果表明，二者在提高植物抗?jié)B透脅迫和生物量積累方面可以協(xié)同互作。通過對相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的分析表明，這可能與二者分別引起的避旱性和耐旱性信號途徑的加性效應(yīng)和正反饋互作有關(guān)。根據(jù)以上結(jié)果認(rèn)為，這種方便高效的利用小分子物質(zhì)外施，結(jié)合信號上游