三種激發(fā)子誘導(dǎo)的過敏性細(xì)胞死亡和氣孔關(guān)閉的分子機(jī)制研究.pdf

1、植物病原菌產(chǎn)生的激發(fā)子和病程相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecularpatterns，PAMP)是一類重要的信號分子，模仿非親和互作中植物與病原菌的信號交流，啟動不同的級聯(lián)信號途徑，誘發(fā)植物的抗病性，導(dǎo)致過敏反應(yīng)(hypersensitive response，HR）和氣孔關(guān)閉。本研究采用病毒誘導(dǎo)基因沉默(virus inducing gene silencing，VIGS)技術(shù)研究了本氏煙(Nicoti

2、ana benthamiana)NADPH氧化酶(respiratory burst oxidasehomologues，RBOH)、液泡加工酶(vacuolar processing enzyme，VPE)、異三聚體G蛋白（簡稱G蛋白）及絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)在不同來源的激發(fā)子(harpin、Nepl和boehmerin)誘發(fā)的過敏反應(yīng)和氣孔關(guān)閉中的功能，這些激

3、發(fā)子分別是細(xì)菌(Xanthomonas oryzae)、真菌(Magnaporthe oryzae)和卵菌(Phytophthoraboehmeriae)的PAMPs。試驗證明RBOH、VPE和G蛋白參與3種激發(fā)子誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉，MAPKKKa-MEK2-WIPK介導(dǎo)激發(fā)子Nepl誘發(fā)的HR，而Gα、Gβ2和VPEla參與harpin謗導(dǎo)的HR，表明不同激發(fā)子誘發(fā)的信號傳導(dǎo)途徑具有一定保守性，同時不同的激發(fā)子誘導(dǎo)的信號傳導(dǎo)也存在特異性。

4、
　　 RBOH是最重要的活性氧(active oxygen species，AOS)來源之一.NbrbohA、NbrbohB單基因沉默，以及NbrbohA和NbrbohB雙基因沉默顯著抑制了boehmerin、INF1和harpin等3種激發(fā)子誘發(fā)的葉片中H202積累，但不影響激發(fā)子誘導(dǎo)的HR，且基因沉默對激發(fā)子誘發(fā)的PR基因的轉(zhuǎn)錄沒有影響；而這些基因沉默卻抑制激發(fā)子誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉，且保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)NO積累顯著減少，但不影響保衛(wèi)細(xì)

5、胞內(nèi)Ca2+濃度和AOS積累.說明RBOH參與激發(fā)子誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉，但不參與激發(fā)子誘導(dǎo)的過敏反應(yīng)和PR基因的轉(zhuǎn)錄；植物體內(nèi)其它酶催化產(chǎn)生的AOS及AOS/NO平衡可能參與激發(fā)子誘發(fā)的過敏性細(xì)胞死亡.
　　 VPE是植物液泡的半胱氨酸蛋白酶，具有類似動物caspases-l-like酶活性，本試驗發(fā)現(xiàn)NbVPEla和NbVPElb單基因沉默，及NbVPEla/1b雙基因沉默不影響harpin、boehrnerin和Nepl激發(fā)子誘

6、發(fā)的H202積累，NbVPEIa和NbVPEla/16沉默卻抑制了harpin誘發(fā)的HR;而boehmerin和Nepl均可誘發(fā)這3種VPE沉默的植株產(chǎn)生正常的HR，表明harpin誘發(fā)的HR依賴于VPE，但是VPE不參與boehmerin和Nepl誘發(fā)的HR。單基因和雙基因沉默均抑制3種激發(fā)子誘發(fā)的氣孔關(guān)閉，且抑制了保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)NO的積累；3種激發(fā)子誘導(dǎo)處理后，單基因沉默植株葉片中保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)活性氧的積累與對照一致，但是雙基因沉默植株中保

7、衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)AOS的量顯著高于對照和單基因沉默植株中保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)AOS的量，表明雙基因共同作用負(fù)調(diào)控保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)AOS的積累。進(jìn)一步轉(zhuǎn)錄分析顯示VPE調(diào)節(jié)了活性氧相關(guān)的基因(NbrbohB)和轉(zhuǎn)錄因子(WRKY2)的轉(zhuǎn)錄。而已證明氣孔在植物免疫中具有重要功能，提示VPE參與PAMP觸發(fā)的抗性(PAMP-triggeredimmunity，PTI)。
　　 G蛋白連接著細(xì)胞表面的受體和下游的效應(yīng)因子，在植物多種信號途徑中具有重要的作用。本

8、研究克隆了N.benthamiana G蛋白Gα,Gβ1和Gβ2等基因及腺苷酸環(huán)化酶基因(adenylyl cyclase，Ac)，Gα和Gβ2沉默抑制細(xì)菌蛋白激發(fā)子harpir誘導(dǎo)的過敏反應(yīng)；Gα、Gβ2、AC削弱了3種激發(fā)子誘發(fā)的H202積累。Gα，Gβ1、Gβ2沉默抑制激發(fā)子誘發(fā)的氣孔關(guān)閉，且保衛(wèi)細(xì)胞中N0的積累減少。但是AC基因沉默對3種激發(fā)子誘發(fā)過敏反應(yīng)和氣孔關(guān)閉及保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)NO的積累均沒有影響。結(jié)果表明G蛋白的Gα、Gβ亞基

9、在不同激發(fā)子激發(fā)過敏反應(yīng)和氣孔關(guān)閉及N0和H202積累中作用存在差異。
　　 MAPK信號級聯(lián)途徑包含三個保守的激酶，MAPK kinase Kinase(MAPKKK或MEKK)磷酸化MAPK kinase(MAPKK或MEK)又磷酸化MAPK，調(diào)節(jié)荷爾蒙和其它環(huán)境刺激或外源信號。MAPKKKα、MEK2和WIPK沉默煙草抑制了Nepl誘導(dǎo)的HR;MEK1、SIPK和NTF6沉默的本氏煙不影響harpin、Nepl和boehm

10、erin誘導(dǎo)的HR。Nepl處理的基因沉默植株內(nèi)，轉(zhuǎn)錄因子(WRKY2)和防衛(wèi)基因(PR2b)的表達(dá)受抑制。WRKY2沉默后也抑制了Nepl誘導(dǎo)的HR，但不影響boehmerin和harpin誘導(dǎo)的HR。另外，MEK2-NTF6調(diào)節(jié)激發(fā)子誘導(dǎo)的H202積累；MEK2-WIPK調(diào)節(jié)Nepl誘導(dǎo)的NO積累，SIPK沉默削弱了激發(fā)子誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)NO積累。基因沉默煙草不影響激發(fā)子誘導(dǎo)的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度和AOS積累。結(jié)果表明，MAPKK