核黃素調(diào)節(jié)的活性氧信號(hào)及胼胝質(zhì)影響植物防衛(wèi)反應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)，尤其是核黃素介導(dǎo)的氧化還原作用，影響植物防衛(wèi)和生長(zhǎng)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(dǎo)植物對(duì)多種病害的抗性，啟動(dòng)不同于其它已知的抗病信號(hào)通路，但其機(jī)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(yīng)過程中活性氧的產(chǎn)生.活性氧是過敏性細(xì)胞壞死（haypersensitivecell death，HCD）的重要信號(hào)，能調(diào)節(jié)生長(zhǎng)、抗病、抗蟲

2、、抗逆。另外，植物受不同誘導(dǎo)因子刺激后，迅速調(diào)動(dòng)防衛(wèi)反應(yīng)機(jī)制，一旦有病原物侵染，植物可以快速、有效地進(jìn)行防衛(wèi)發(fā)應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為“防御準(zhǔn)備過程（priming）”。本研究的目的之一是實(shí)驗(yàn)闡釋核黃素是否通過prinming機(jī)制來誘導(dǎo)植物防衛(wèi)反應(yīng)。
　　 植物胼胝質(zhì)（callose）是一種以β-1，3-鍵結(jié)合的葡聚糖，在植物的篩管代謝、配子體發(fā)育等生命活動(dòng)中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，其合成、分解直接關(guān)系植物正常的生長(zhǎng)代謝過程。當(dāng)植物受到外

3、界不良環(huán)境條件或強(qiáng)烈刺激，如機(jī)械損傷、高溫等時(shí)，篩管內(nèi)胼胝質(zhì)會(huì)立即反饋調(diào)控篩管的正常生理過程，篩管分子內(nèi)會(huì)迅速合成胼胝質(zhì)，并沉積到篩板的表面或篩孔內(nèi)，堵塞篩孔，以維持其他部位篩管正常的物質(zhì)運(yùn)輸。一旦外界刺激解除，沉積到篩板表面或篩孔內(nèi)的胼胝質(zhì)則會(huì)迅速消失，使篩管恢復(fù)運(yùn)輸功能。此外，胼胝質(zhì)除了參與植物正常的生長(zhǎng)代謝過程，還與植物的抗蟲，抗病等抗性作用密切相關(guān)。本研究的目的之二是實(shí)驗(yàn)研究胼胝質(zhì)在植物抗蟲過程中起到的重要作用。
　　

4、1外源核黃素誘導(dǎo)的引發(fā)抗病防衛(wèi)反應(yīng)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(dǎo)抗性的重要機(jī)制。擬南芥用核黃素處理后，致病相關(guān)基因PR-1和PR-2表達(dá)量明顯增加，但苯丙氨酸解氨酶基因PAL1表達(dá)水平無明顯變化.當(dāng)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(shí)，細(xì)胞防衛(wèi)反應(yīng)及防衛(wèi)反應(yīng)基因表達(dá)均比未處理時(shí)增強(qiáng)，同時(shí)

5、誘發(fā)過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）的積累、胼胝質(zhì)沉積和過敏性細(xì)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(xì)胞和分子水平的防衛(wèi)反應(yīng)及其對(duì)病原菌的抗性。核黃素處理并接種病原菌時(shí)誘發(fā)的細(xì)胞防衛(wèi)反應(yīng)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(hào)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(jié)果表明，外施核黃素使植物進(jìn)入防御準(zhǔn)備狀態(tài)，接種病原菌后，植物體內(nèi)積累高濃度的過氧化氫，并激發(fā)細(xì)胞防衛(wèi)反應(yīng)和相關(guān)基因的快速高強(qiáng)度表達(dá)以及對(duì)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(hào)通路。
　　 2核黃素引發(fā)抗病防衛(wèi)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制研究
　　 為了證明外施核黃素是否導(dǎo)致體內(nèi)氧化還原態(tài)的改變并且這一改變?cè)谝l(fā)抗病防衛(wèi)反應(yīng)中的作用，我們檢測(cè)了核黃素

7、處理擬南芥5 d內(nèi)的氧化還原動(dòng)態(tài)變化.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0 h至5 d內(nèi)，外源核黃素處理激發(fā)植物體內(nèi)的ROS積累且在2 h達(dá)到高峰值，5 d后恢復(fù)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(cè)定、百草枯（paraquat，PQ）敏感性測(cè)定，發(fā)現(xiàn)擬南芥經(jīng)核黃素處理后體內(nèi)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(nèi)氧化態(tài)降低；而且5 d后接種P.syringae pv.t

8、omato DC3000，植物體內(nèi)沒有出現(xiàn)細(xì)胞防衛(wèi)反應(yīng)，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(dǎo)致的還原狀態(tài)的改變對(duì)核黃素誘導(dǎo)抗病性是必需的。
　　 3 Harpin誘導(dǎo)擬南芥胼胝質(zhì)積累及對(duì)桃蚜抗性
　　 根據(jù)胼胝質(zhì)與harpin性質(zhì)的相關(guān)報(bào)道，我們猜想植物中胼胝質(zhì)（callose）的多少是否與其抗蟲能力有相關(guān)性以及 harpin能否通過影響植物體內(nèi)胼胝質(zhì)的積累來達(dá)到抗蟲的目的.本研究從此立足點(diǎn)

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