伸展素與核黃素對植物生長與抗病防衛(wèi)的調控作用.pdf

1、伸展素(Expansin)是植物細胞生長期間釋放的一種能使細胞壁松弛的蛋白質，是細胞壁的關鍵調節(jié)劑，對細胞生長有重要作用，有研究表明植物激素介導了伸展素的功能，但是植物激素是特異性作用還是共同起作用及作用機制仍然不是很清楚。梨火疫病菌產生的蛋白質激發(fā)子HrpNEa可誘導植物多種反應，如抗病，抗蟲，促生長和抗旱等。HrpNEa如何促進植物生長？它同伸展素在促進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促進植物生長和啟動乙烯與赤霉素信號通路中的調控作用.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.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基因的調節(jié)，導致PR基因表達和對真菌、細菌和病毒的抗性。蛋白質激酶抑制劑可以阻斷核黃素誘導的PR基因的表達和抗病性的發(fā)生，但還不清楚蛋白質激酶如何在抗病性中起作用.為了明確核黃素誘導的抗

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

4、NEai導。HrpNEa處理后乙烯信號通路的標志基因PDF1.2和PR-3b被誘導表達，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處理后也誘導表達。HrpNEa噴霧處理擬南芥野生型和突變體etr1-1后，突變體中的AtEXP10的表達量相比較野生型極大的降低。當用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EKP基因的表達過程中是關鍵的。 我們比較了HrpNEa和植物生長調節(jié)劑GA3對水稻OsEXPs基因的影響。水稻中EXPs基因均能被HrpNEa和GA3誘導增強表達.但HrpNE

6、a的作用明顯滯后于GA3，并且誘導效應低于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EXP基因的表達和促生長作用是否需要赤霉素信號傳導。HrpNEa處理水稻幼苗后OsEXP4被極大地誘導增強表達，HrpNEa和抑制劑pp333共處理后，O

7、sExP4的表達卻被抑制了.在番茄和煙草中，pp333同樣抑制了HrpNEa對LeEXP2和NtEXP2誘導表達效應.以上結果可知，HrpNEa誘導ExPs基因的表達和促生長效應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AtEXP7基因在根中增強表達，而AtEXP10基因在葉中被誘導增強表達；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。浸種試驗中，HrpNEa不能誘導ga5-1的促生長效應。因此，阻斷赤霉素合成同樣消弱了HrpNEa的促生長和誘導ExPs基因表達的作用。 2.核黃素誘導蛋白激酶基因表達與抗病性 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激酶基因和相關防衛(wèi)反應基

9、因的表達。結果表明，在受核黃素誘導后，番茄Pti4、Pti5、Pti6的表達可以增強，PR-1a、PR-1b1、GluA、GluB、ChtA、ChtB被誘導表達，這些基因的增強表達或誘導表達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的番茄對p. syringae pv. tomato DC3000的抗性.因此，我們認為，核黃素誘導了番茄Ptis激酶基因表達，并誘導對細菌的抗性。 本研究表明，受