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(duì)植物低毒有效，對(duì)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(duì)植物的正常的生長(zhǎng)發(fā)育幾乎沒(méi)有影響。闡明其作用機(jī)制對(duì)了解植物SAR的誘導(dǎo)機(jī)理和開(kāi)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(duì)象，通過(guò)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(guò)信號(hào)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(lài)的信號(hào)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(hào)也參與其中。這些結(jié)果與基因芯片分析的結(jié)果類(lèi)似。在此基礎(chǔ)上，對(duì)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(guò)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(guò)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(jiàn)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)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(guò)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(guò)程中常有重要作用的脫落酸依賴(lài)和非依賴(lài)的幾條信號(hào)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(hào)通路受阻的coil-1、etrl-1突變體、SA信號(hào)通路中

5、重要因子NPR1的npr1突變體與野生型材料表現(xiàn)類(lèi)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(cè)PBZ是通過(guò)誘導(dǎo)SA依賴(lài)和NPR1非依賴(lài)的信號(hào)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(guò)程。
　　 雖然通過(guò)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(duì)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(guò)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(duì)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(duì)

7、滲透脅迫的抗性和相對(duì)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(duì)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(guò)對(duì)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(hào)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(hào)上游