植物激素調(diào)節(jié)番茄對鏈格孢菌的AAL-toxin的響應(yīng)的研究.pdf

1、番茄(Solanum lycopersicum)是世界范圍內(nèi)最重要的蔬菜作物之一,真菌病害嚴(yán)重影響農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),番茄生產(chǎn)受到數(shù)十種病原真菌的危害。茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水楊酸(salicylic acid,SA)和乙烯(ethylene,ET)被認(rèn)為是傳統(tǒng)的防衛(wèi)激素,在調(diào)控植物對生物性脅迫和非生物性脅迫的抗性中起著重要的作用?；钚匝?reactive oxygen species,ROS)作為信號分子廣泛

2、地參與植物應(yīng)對各種環(huán)境脅迫的過程.隨著遺傳學(xué)研究和國際番茄基因組計劃的開展,番茄已成為研究植物和病原菌相互作用的模式植物。本文以多種番茄激素突變體和轉(zhuǎn)基因植株為材料,在番茄-鏈格孢菌(Alternaria alternata f.sp.lycopersici,AAL)-AAL-toxin的體系中研究在AAL侵染引起的發(fā)病過程中和AAL-toxin誘導(dǎo)的細(xì)胞程序化死亡(programmed cell death,PCD)過程中,植物激素J

3、A、SA和ET的調(diào)節(jié)機(jī)制及其相互作用的機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　 1、本實驗中,首先利用35S∷prosys轉(zhuǎn)基因株系、JA缺失突變體spr2和JA不敏感突變體jail研究了JA信號在AAL-toxin誘導(dǎo)的離體番茄葉片PCD過程中的作用。結(jié)果表明JA生物合成途徑以及JAI1介導(dǎo)的JA信號途徑均促進(jìn)AAL-toxin誘導(dǎo)的PCD。另外,外源ET受體抑制劑硫代硫酸銀(silver thiosulphate,STS)處理極大地抑

4、制了35S∷prosys葉片中壞死斑的發(fā)展,雖然AAL-toxin和STS共同處理的35S∷prosys葉片仍舊具有較高的電導(dǎo)率。ACC(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)處理顯著地提高了spr2和-jail突變體葉片對毒素的敏感性。然而,與AAL-toxin單獨處理相比,外源JA處理ET不敏感突變體Never ripe(Nr)沒有影響AAL-toxin誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。另外,ACC和AAL-to

5、xin共同處理使jail葉片中降低的ET相關(guān)基因的表達(dá)得到了恢復(fù)。此外,與毒素單獨處理相比,JA和毒素共同處理使Nr突變體中ET生物合成基因的表達(dá)量得到了恢復(fù)但是沒有顯著影響ET響應(yīng)基因的表達(dá)。根據(jù)以上結(jié)果,我們提出JA和ET均能夠單獨促進(jìn)AAL-toxin誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,同時在這個過程中依賴于JAI1受體的JA途徑作用于ET。生物合成的上游。
　　 2、研究了H2O2信號在JA介導(dǎo)的離體番茄葉片對AAL-toxin敏感性中的作

6、用機(jī)制。結(jié)果表明AAL-toxin處理36 h時jail中H2O2含量顯著大于野生型CA,而48和72 h時jail中H2O2含量顯著小于CA,因此可以推測AAL-toxin處理離體番茄葉片36 h之前較低濃度的H2O2可能作為信號分子激活細(xì)胞內(nèi)的防衛(wèi)反應(yīng),而36 h以后較高濃度的H2O2由于其毒性較高可能對細(xì)胞造成了嚴(yán)重的傷害；AAL-toxin處理36、48和72 h時,jail葉片中O2-產(chǎn)生速率均顯著小于CA,因此AAL-tox

7、in處理離體番茄葉片之后,毒性較高的O2-可能對細(xì)胞造成了嚴(yán)重的傷害；研究了AAL-toxin處理36、48和72 h時jail突變體及其野生型CA葉片中4種抗氧化酶SOD、CAT、APX和愈創(chuàng)木酚POD的活性。結(jié)果表明AAL-toxin處理36和72 h時jail中SOD和POD活性均顯著高于CA,36、48和72 h時jail中APX和CAT活性均顯著高于CA。這說明與野生型CA相比,jail葉片可能通過誘導(dǎo)更高的APX、POD、C

8、AT和SOD活性來清除過量的ROS,從而減輕了AAL-toxin處理對葉片產(chǎn)生的傷害；研究了AAL-toxin處理不同時間后CA和jail葉片中5種編碼ROS代謝酶的基因(NADPH Oxidase、Ch Cu,Zn-SOD、CAT2、APX1和POD)表達(dá)的變化,從而進(jìn)一步從基因表達(dá)的水平上研究了ROS途徑在JA誘導(dǎo)的番茄葉片對AAL-toxin敏感性中的作用機(jī)制。
　　 3、利用ET過量突變體epi(epinastic)并結(jié)

9、合ET生物合成的前體ACC、ET作用抑制劑STS和ET受體抑制劑1-MCP外源處理,研究了ET途徑在番茄與AAL互作過程中的作用機(jī)制,結(jié)果表明ET途徑通過促進(jìn)AAL真菌的生長而促進(jìn)AAL侵染番茄引起的發(fā)病過程；利用JA突變體(spr2和jail)和35S∷prosys轉(zhuǎn)基因株系并且結(jié)合外源MeJA處理研究了JA途徑在番茄對AAL侵染引起的莖枯病抗性中的作用機(jī)制,結(jié)果表明JA生物合成和依賴于JAI1受體的JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑均通過促進(jìn)真菌生長

10、促進(jìn)AAL侵染引起的番茄莖枯病發(fā)病過程。另外,我們實驗室以前的研究結(jié)果表明與野生型CA相比,AAL侵染jail突變體后JA途徑相關(guān)基因(LOXD、AOS2和PI-Ⅱ)的表達(dá)受到了顯著的抑制；利用內(nèi)源SA含量降低的NahG轉(zhuǎn)基因植株并且結(jié)合外源SA處理研究了SA途徑在番茄與AAL互作過程中的作用,結(jié)果表明SA途徑能夠通過抑制真菌生長促進(jìn)番茄植株對AAL真菌的抗性。
　　 分析了AAL侵染jail突變體及其野生型CA后ET途徑相關(guān)基

11、因(ACO1、ACS4、ETR1、ETR3和ERF1)的表達(dá)以及ET產(chǎn)生速率。結(jié)果表明,在AAL侵染后的不同時間點與野生型CA相比,jail中ET途徑相關(guān)基因的表達(dá)和ET產(chǎn)生速率均受到了顯著的抑制。因此,jail植株對AAL抗性的提高與ET途徑受到抑制有關(guān)。進(jìn)一步分別用.ACC交叉預(yù)處理spr2和jail植株并且用STS交叉預(yù)處理35S∷prosys植株然后接種AAL真菌,結(jié)果表明ACC預(yù)處理顯著增加了spr2的發(fā)病程度,而STS預(yù)處理

12、則顯著抑制了35S∷prosys植株的發(fā)病程度。另外,用MeJA交叉處理內(nèi)源ET含量降低的和ET信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑受到抑制的番茄植株,結(jié)果表明MeJA交叉處理使它們的發(fā)病程度得到了恢復(fù)。這表明在AAL真菌侵染番茄植株引起的發(fā)病過程中JA途徑部分地通過ET途徑起作用。
　　 乙烯受體抑制劑STS預(yù)處理顯著抑制了NahG的發(fā)病程度。另外,外源SA處理不能顯著改變乙烯過量產(chǎn)生的突變體epi植株及其葉片的發(fā)病程度,說明在此過程中SA途徑可能作