擬南芥線粒體和質(zhì)外體H2O2對(duì)抗病性的影響.pdf

1、核黃素結(jié)合蛋白(riboflavin-binding protein，RfBP)在體內(nèi)能夠與游離態(tài)核黃素(riboflavin，Rib)結(jié)合，降低生物體內(nèi)游離態(tài)核黃素的含量。表達(dá)RfBP的擬南芥(RfBP+)的線粒體電子傳遞鏈(mitochondrial electron transport chain，METC)的19個(gè)基因中有13個(gè)基因的表達(dá)受到抑制，這種電子傳遞鏈的變化會(huì)導(dǎo)致擬南芥RfBP+細(xì)胞內(nèi)過氧化氫(hydrogen per

2、oxide，H2O2)濃度的增加，因?yàn)轸~藤酮誘導(dǎo)電子傳遞鏈發(fā)生的電子泄露也有類似的作用。本實(shí)驗(yàn)研究證明RfBP能通過與核黃素結(jié)合來促進(jìn)H2O2的積累增強(qiáng)擬南芥對(duì)病原菌的抗性。有報(bào)道稱質(zhì)外體H2O2由質(zhì)膜上的氧化酶催化產(chǎn)生。當(dāng)用Hpal處理擬南芥時(shí)，擬南芥表現(xiàn)出抗病性增強(qiáng)的癥狀。Hpa1定位于質(zhì)外體，誘導(dǎo)質(zhì)外體H2O2的產(chǎn)生。同時(shí)細(xì)胞質(zhì)也出現(xiàn)H2O2的積累，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明H2O2可以在質(zhì)膜內(nèi)外進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。線粒體H2O2和質(zhì)外體H2O2在植物

3、的抗病能力的增強(qiáng)過程中發(fā)揮重要作用。而這種內(nèi)源的H2O2和外源的H2O2可以通過水通道蛋白(aquaporin，AQP)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。
　　1.核黃素結(jié)合蛋白與核黃素結(jié)合改變H2O2濃度并影響抗病性
　　RfBP能在轉(zhuǎn)RfBP基因的擬南芥中穩(wěn)定的表達(dá)，并且具有淬滅核黃素?zé)晒獾纳锘钚?。RfBP在體內(nèi)能夠與游離態(tài)黃素結(jié)合，降低生物體內(nèi)游離態(tài)核黃素的含量。實(shí)驗(yàn)室研究顯示，在異源表達(dá)RfBP的轉(zhuǎn)基因擬南芥葉片細(xì)胞內(nèi)H2O2濃度的增加，

4、提高了莖尖開花調(diào)控基因FD和花分生組織特征基因AP1的表達(dá)，并誘導(dǎo)提早開花。本實(shí)驗(yàn)研究證明擬南芥過表達(dá)RfBP能夠降低核黃素的含量，促進(jìn)H2O2的積累，增強(qiáng)擬南芥對(duì)Pseudomonas syringae pv.tomato(DC3000)的抗性。與此同時(shí)，表達(dá)RfBP的擬南芥(RfBP+)的線粒體電子傳遞鏈的19個(gè)基因中有13個(gè)基因的表達(dá)受到抑制，這種電子傳遞鏈的變化可能會(huì)導(dǎo)致擬南芥RfBP+細(xì)胞內(nèi)H2O2濃度的增加，因?yàn)轸~藤酮誘導(dǎo)電

5、子傳遞鏈發(fā)生的電子泄露也有類似的作用。實(shí)驗(yàn)表明，線粒體傳遞鏈上的電子泄漏誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)H2O2產(chǎn)生，但這種途徑并不是H2O2唯一的來源。H2O2具有跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的功能，可能參與多種信號(hào)通路的調(diào)控。
　　2.Hpa1誘導(dǎo)質(zhì)外體H2O2產(chǎn)生并影響抗病性
　　已有的研究證明，革蘭氏陰性植物病原細(xì)菌分泌的harpin蛋白能夠激活植物防衛(wèi)反應(yīng)信號(hào)通路，包括產(chǎn)生于質(zhì)外體H2O2信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)。我們研究了來源于水稻白葉枯病原細(xì)菌(Xanthomona

6、s oryzae pv.oryzae)的harpin蛋白Hpa1在擬南芥中是否影響了H2O2的產(chǎn)生以及植物的抗病性。分別把Hpa1和融合了質(zhì)外體定位信號(hào)基因(S)的Hpa1(SHpa1)轉(zhuǎn)入擬南芥，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因擬南芥植株HETAt(Hpa1-expressing transgenicArabidopsis thaliana)&SHETAt(SHpal-expressing transgenic Arabidopsis thaliana)

7、。本研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因擬南芥抗丁香假單胞番茄致病變種菌株DC3000(Pst DC3000)和大白菜軟腐病菌菌株RL4(Pcc RL4)。Hpa1定位于HETAt的細(xì)胞質(zhì)和SHETAt的質(zhì)外體和細(xì)胞膜，H2O2積累于HETAt的細(xì)胞質(zhì)和SHETA的質(zhì)外體和細(xì)胞質(zhì)。H2O2產(chǎn)生于HETAt的細(xì)胞質(zhì)和SHETAt的質(zhì)外體，并且產(chǎn)生于質(zhì)外體的H2O2依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NOX)。當(dāng)Hpa1處理WT植物時(shí)，Hpa1定位于質(zhì)外體并

8、在質(zhì)外體中誘導(dǎo)H2O2的產(chǎn)生，但是質(zhì)外體和細(xì)胞質(zhì)中都有H2O2的積累。在SHETAt和Hpa1處理的WT擬南芥中，如果抑制質(zhì)外體中H2O2的產(chǎn)生，細(xì)胞質(zhì)中就沒有H2O2的積累并且植物失去抗病能力。這些結(jié)果說明，Hpa1誘導(dǎo)的產(chǎn)生于質(zhì)外體的H2O2在參與植物調(diào)節(jié)抗病過程中需要從質(zhì)外體運(yùn)轉(zhuǎn)到細(xì)胞質(zhì)中。AQP蛋白不僅能夠運(yùn)輸水分，而且能夠轉(zhuǎn)運(yùn)H2O2。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)AtPIP1;4、OsPIP1;3能與Hpa1互作（待發(fā)表）。Hpa1、AQP