伸展素與核黃素對植物生長與抗病防衛(wèi)的調(diào)控作用.pdf

1、伸展素(Expansin)是植物細(xì)胞生長期間釋放的一種能使細(xì)胞壁松弛的蛋白質(zhì)，是細(xì)胞壁的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，對細(xì)胞生長有重要作用，有研究表明植物激素介導(dǎo)了伸展素的功能，但是植物激素是特異性作用還是共同起作用及作用機(jī)制仍然不是很清楚。梨火疫病菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)激發(fā)子HrpNEa可誘導(dǎo)植物多種反應(yīng)，如抗病，抗蟲，促生長和抗旱等。HrpNEa如何促進(jìn)植物生長？它同伸展素在促進(jìn)植物生長方面有什么聯(lián)系？什么信號通路控制植物生長？這些信號通路需要哪些調(diào)控因子？

2、本研究立足于這些問題，解析伸展素基因在HrpNEa促進(jìn)植物生長和啟動乙烯與赤霉素信號通路中的調(diào)控作用.核黃素作為輔酶參與動植物、微生物以氧化，還原為特征的多種生理生化反應(yīng).研究表明，核黃素可以啟動植物的抗病性信號通路，該通路不依賴于水楊酸，但需要NPR1基因的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致PR基因表達(dá)和對真菌、細(xì)菌和病毒的抗性。蛋白質(zhì)激酶抑制劑可以阻斷核黃素誘導(dǎo)的PR基因的表達(dá)和抗病性的發(fā)生，但還不清楚蛋白質(zhì)激酶如何在抗病性中起作用.為了明確核黃素誘導(dǎo)的抗

3、病信號通路中是否有蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)，我們選用番茄的Pto系統(tǒng)做研究.結(jié)果表明，核黃素可以誘導(dǎo)番茄的抗病反應(yīng)并誘導(dǎo)Pti蛋白激酶基因表達(dá)。 1.HrpNEa誘導(dǎo)伸展素基因表達(dá)及乙烯與赤霉素的調(diào)控作用 為了闡釋HrpNEa誘導(dǎo)EXPs基因表達(dá)和促生長作用同乙烯(ethylene，ET)信號通路的相關(guān)性，我們測定了HrpNEa處理后乙烯信號通路中關(guān)鍵基因的表達(dá)情況及同EXPs表達(dá)的關(guān)系.擬南芥中ETR1和EIN2的表達(dá)受Hrp

4、NEai導(dǎo)。HrpNEa處理后乙烯信號通路的標(biāo)志基因PDF1.2和PR-3b被誘導(dǎo)表達(dá)，說明HrpNE。激活乙烯信號通路.同樣地，在番茄和煙草中編碼乙烯受體類的基因LeETR1和NtETR1在HrpNEa處理后也誘導(dǎo)表達(dá)。HrpNEa噴霧處理擬南芥野生型和突變體etr1-1后，突變體中的AtEXP10的表達(dá)量相比較野生型極大的降低。當(dāng)用HrpNEa和乙烯抑制劑1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)混合處理

5、番茄，煙草和水稻幼苗后，LeEXP2、NtEXP2和OsEXP4基-因的表達(dá)量比HrpNEa單獨處理時有明顯的下降.HrpNEa和1-MCP共同處理番茄、煙草和水稻后，植株的生長明顯受到抑制。因此，在供試的四種植物中，乙烯的接受在HrpNEa促生長和誘導(dǎo)EKP基因的表達(dá)過程中是關(guān)鍵的。 我們比較了HrpNEa和植物生長調(diào)節(jié)劑GA3對水稻OsEXPs基因的影響。水稻中EXPs基因均能被HrpNEa和GA3誘導(dǎo)增強(qiáng)表達(dá).但HrpNE

6、a的作用明顯滯后于GA3，并且誘導(dǎo)效應(yīng)低于GA3.我們使用了赤霉素(Gibberellin acid，GA)合成抑制劑多效唑《4-chlorophenyl-4，4-dimethyl-2-(1，2，4-triazol-1-y)-pentan-3-oL，pp333)來驗證HrpNEa在誘導(dǎo)EXP基因的表達(dá)和促生長作用是否需要赤霉素信號傳導(dǎo)。HrpNEa處理水稻幼苗后OsEXP4被極大地誘導(dǎo)增強(qiáng)表達(dá)，HrpNEa和抑制劑pp333共處理后，O

7、sExP4的表達(dá)卻被抑制了.在番茄和煙草中，pp333同樣抑制了HrpNEa對LeEXP2和NtEXP2誘導(dǎo)表達(dá)效應(yīng).以上結(jié)果可知，HrpNEa誘導(dǎo)ExPs基因的表達(dá)和促生長效應(yīng)需要赤霉素信號通路。為了檢測擬南芥中赤霉素是否參與了HrpNEa促生長和誘導(dǎo)AtEXP基因過程，研究使用了野生型(Col-0)植株和赤霉素合成突變體ga5-1.HrpNEa誘導(dǎo)AtEXP7基因在根中增強(qiáng)表達(dá)，而AtEXP10基因在葉中被誘導(dǎo)增強(qiáng)表達(dá)；同野生型相比

8、，突變體ga5-1在HrpNEa處理后這兩個基因均沒有明顯的表達(dá)。浸種試驗中，HrpNEa不能誘導(dǎo)ga5-1的促生長效應(yīng)。因此，阻斷赤霉素合成同樣消弱了HrpNEa的促生長和誘導(dǎo)ExPs基因表達(dá)的作用。 2.核黃素誘導(dǎo)蛋白激酶基因表達(dá)與抗病性 我們選用番茄的Pto系統(tǒng)做研究，測定了核黃素處理后，番茄對Pseudomonassyringae pv. tomato DC3000的抗性，并檢測了Ptis激酶基因和相關(guān)防衛(wèi)反應(yīng)基

9、因的表達(dá)。結(jié)果表明，在受核黃素誘導(dǎo)后，番茄Pti4、Pti5、Pti6的表達(dá)可以增強(qiáng)，PR-1a、PR-1b1、GluA、GluB、ChtA、ChtB被誘導(dǎo)表達(dá)，這些基因的增強(qiáng)表達(dá)或誘導(dǎo)表達(dá)都可以被蛋白激酶抑制劑K252a所抑制，并且K252a還可以部分抑制核黃素誘導(dǎo)的番茄對p. syringae pv. tomato DC3000的抗性.因此，我們認(rèn)為，核黃素誘導(dǎo)了番茄Ptis激酶基因表達(dá)，并誘導(dǎo)對細(xì)菌的抗性。 本研究表明，受