核黃素調節(jié)的活性氧信號及胼胝質影響植物防衛(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)，尤其是核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(xiàn)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(chǎn)生.活性氧是過敏性細胞壞死（haypersensitivecell 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(xiàn)象稱為“防御準備過程（priming）”。本研究的目的之一是實驗闡釋核黃素是否通過prinming機制來誘導植物防衛(wèi)反應。
　　 植物胼胝質（callose）是一種以β-1，3-鍵結合的葡聚糖，在植物的篩管代謝、配子體發(fā)育等生命活動中發(fā)揮著重要的調節(jié)作用，其合成、分解直接關系植物正常的生長代謝過程。當植物受到外

3、界不良環(huán)境條件或強烈刺激，如機械損傷、高溫等時，篩管內胼胝質會立即反饋調控篩管的正常生理過程，篩管分子內會迅速合成胼胝質，并沉積到篩板的表面或篩孔內，堵塞篩孔，以維持其他部位篩管正常的物質運輸。一旦外界刺激解除，沉積到篩板表面或篩孔內的胼胝質則會迅速消失，使篩管恢復運輸功能。此外，胼胝質除了參與植物正常的生長代謝過程，還與植物的抗蟲，抗病等抗性作用密切相關。本研究的目的之二是實驗研究胼胝質在植物抗蟲過程中起到的重要作用。
　　

4、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

5、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

6、產(chǎn)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

7、處理擬南芥5 d內的氧化還原動態(tài)變化.結果發(fā)現(xiàn)，在0 h至5 d內，外源核黃素處理激發(fā)植物體內的ROS積累且在2 h達到高峰值，5 d后恢復到原來水平；我們通過3，3-二氨基聯(lián)苯胺（diaminobenzine，DAB）染色、H2O2含量測定、百草枯（paraquat，PQ）敏感性測定，發(fā)現(xiàn)擬南芥經(jīng)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5 d后接種P.syringae pv.t

8、omato DC3000，植物體內沒有出現(xiàn)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 Harpin誘導擬南芥胼胝質積累及對桃蚜抗性
　　 根據(jù)胼胝質與harpin性質的相關報道，我們猜想植物中胼胝質（callose）的多少是否與其抗蟲能力有相關性以及 harpin能否通過影響植物體內胼胝質的積累來達到抗蟲的目的.本研究從此立足點

9、出發(fā)，通過組織染色，RT-PCR，方差分析等技術手段研究野生型擬南芥Col-0與胼胝質突變體（atlg0.5570，at2g13680，atlg06490）的抗蟲性，harpin處理的Col-0與空白對照的抗蟲性以及harpin處理的Col-0植株后的胼胝質積累和三個胼胝質合成相關基因（AtlG05570，At2G13680，AtlG06490）的基因表達量，達到研究的目的。結果發(fā)現(xiàn)擬南芥中胼胝質（callose）的積累量的多少與植株的