核黃素調節(jié)的活性氧信號影響植物防衛(wèi)反應的初步研究.pdf

1、核黃素可通過生物合成、代謝與功能途徑的多個環(huán)節(jié)，尤其是黃素介導的氧化還原作用，影響植物防衛(wèi)和生長發(fā)育。核黃素是一種新發(fā)現的植物抗病激發(fā)子，外源施用核黃素能夠誘導植物對多種病害的抗性，啟動不同于其它已知的抗病信號通路，但其機制仍不清楚。核黃素參與植物抗氧化及過氧化過程，從而影響氧化性損傷及后續(xù)過敏反應過程中活性氧的產生?；钚匝跏沁^敏性細胞壞死(hypersensitive cell death，HCD)的重要信號，能調節(jié)生長、抗病、抗蟲、

2、抗逆。另外，植物受不同誘導因子刺激后，迅速調動防衛(wèi)反應機制，一旦有病原物侵染，植物可以快速、有效地進行防衛(wèi)發(fā)應，這種現象稱為“防御準備過程(priming)”。本論文研究的目的是實驗闡釋核黃素是否通過priming機制來誘導植物防衛(wèi)反應。 1、外源核黃素誘導的引發(fā)抗病防衛(wèi)反應依賴過氧化氫和NPR1基因 近幾年的研究表明，priming可能是植物誘導抗性的重要機制。擬南芥用核黃素處理后，致病相關基因PR-1和PR-2表達量

3、明顯增加，但苯丙氨酸解氨酶基因PAL1表達水平無明顯變化。當擬南芥先用核黃素處理，再接種丁香假單胞番茄致病變種(Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000)時，細胞防衛(wèi)反應及防衛(wèi)反應基因表達均比未處理時增強，同時誘發(fā)過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)的積累、胼胝質沉積和過敏性細胞死亡。用過氧化氫清除劑(catalase，CAT)處理擬南芥完全消弱了植物細胞和分子水平的防衛(wèi)反應及其對

4、病原菌的抗性。核黃素處理并接種病原菌時誘發(fā)的細胞防衛(wèi)反應在水楊酸(salicylic acid，SA)、乙烯(ethylene，ET)、茉莉酸(jasmonic acid，JA)和脫落酸(abscisic acid，ABA)信號通路的突變體上可以產生，但在npr1突變體中消失。研究結果表明，外施核黃素使植物進入防御準備狀態(tài)，接種病原菌后，植物體內積累高濃度的過氧化氫，并激發(fā)細胞防衛(wèi)反應和相關基因的快速高強度表達以及對病原菌的抗性，這一過

5、程依賴于過氧化氫和NPR1基因，但不依賴于SA，ET、JA和ABA信號通路。 2、核黃素引發(fā)抗病防衛(wèi)信號傳導機制研究 為了證明外施核黃素是否導致體內氧化還原態(tài)的改變并且這一改變在引發(fā)抗病防衛(wèi)反應中的作用，我們檢測了核黃素處理擬南芥5d內的氧化還原動態(tài)變化。結果發(fā)現，在0h至Sd內，外源核黃素處理激發(fā)植物體內的ROS積累且在2h達到高峰值，Sd后恢復到原來水平；我們通過3，3-二氨基聯苯胺(diaminobenzine，D

6、AB)染色、H2O2含量測定、百草枯(paraquat，PQ)敏感性測定，發(fā)現擬南芥經核黃素處理后體內氧化還原態(tài)改變，氧化態(tài)升高。植物噴施核黃素后再注射CAT，植物體內氧化態(tài)降低；而且5d后接種p.syringae pv. tomato DC3000，植物體內沒有出現細胞防衛(wèi)反應，其抗病性與噴施核黃素植株相比顯著降低，這表明，核黃素處理擬南芥后導致的還原狀態(tài)的改變對核黃素誘導抗病性是必需的。 3、FAO在擬南芥抗病防衛(wèi)反應中的作

7、用 含黃素的長鏈脂肪醇氧化酶(FAO)最初從假絲酵母中純化得到。這種酶結合在膜上，包含黃素，且與過氧化氫產生相關。過氧化氫是植物體內活性氧的主要形式之一。研究表明，植物抗病過程中產生的活性氧對植物抵御病原菌的侵染具有重要的意義。植物能識別入侵的病原菌，并啟動體內一系列的防御性反應，將入侵物限制在特定位點，從而使植物免受更大的侵害。為了解析FAO在擬南芥抗病防衛(wèi)反應中的作用，我們使用野生型擬南芥及fao3突變體進行試驗。通過葉片過

8、氧化氫含量測定，發(fā)現fao3突變體植株中的活性氧水平比野生型植株低；噴施ROS供體百草枯后，突變體植物對百草枯不夠敏感，這表明突變體植物體內的氧化還原平衡被打破(具有較低的氧化態(tài))。為了解析突變體植物抗病性與氧化還原平衡改變的關系，我們通過接種p.syringae pv. tomato DC3000，對抗病性表型和菌落生長曲線進行觀測，并檢測了兩種植物體內的ROS水平。結果表明，FAO與過氧化氫產生相關，突變體植物體內的氧化還原狀態(tài)改變