水稻PCD及抗病相關(guān)基因SPL5的功能分析.pdf

1、植物在長期的進(jìn)化過程中形成了一套復(fù)雜且有效的作用機(jī)制來適應(yīng)環(huán)境和抵御病原菌的侵染，植物與病原菌的相互作用會引發(fā)超敏反應(yīng)（hypersensitiveresponse，HR），HR是指植物在受到病原菌侵染后，在侵染部位誘發(fā)細(xì)胞死亡，從而有效阻止病原菌增殖的植物特異性防衛(wèi)反應(yīng)，屬于細(xì)胞程序性死亡(programmedcelldeath，PCD)。一些植物在發(fā)生突變以后能夠在沒有逆境、損傷或病原物侵染的情況下自發(fā)形成細(xì)胞死亡，這類突變體叫做類

2、病變突變體（lesionmimicmutant，LMM）。如今，LMM已經(jīng)成為我們研究植物PCD及抗病機(jī)制的有力工具。水稻類病變突變體spl5能夠激活自身的免疫防御系統(tǒng)，有效地抵御多個(gè)稻瘟病及白葉桔病菌的入侵。本課題組已在前期的研究中成功的克隆了水稻SPL5基因，并初步判斷該基因可能是一個(gè)PCD及抗病信號途徑中的負(fù)調(diào)控因子，但究其是如何參與并調(diào)控這些途徑的還尚不清楚。本次研究我們首先對SPL5基因在水稻不同組織中的表達(dá)情況進(jìn)行了分析，發(fā)

3、現(xiàn)其在葉、莖、老穗、內(nèi)稃、外稃中表達(dá)量較高，在鞘、根、幼穗、花中的表達(dá)量較低，并通過GUS組織化學(xué)染色加以驗(yàn)證。另外，我們利用綠色熒光蛋白(GFP)，將其與SPL5基因融合表達(dá)，通過SPL5基因的亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)其在細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，表明SPL5基因在這些部位行使了自身的生物學(xué)功能。利用基因芯片技術(shù)對spl5突變體與野生型對照進(jìn)行基因表達(dá)譜分析，共篩選得到199個(gè)差異表達(dá)基因，涉及防御相關(guān)、氧化還原、植物激素、氨基酸代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、光

4、合作用等多個(gè)生物學(xué)途徑。進(jìn)一步研究表明水稻spl5突變體中的色氨酸代謝途徑被激活，致使該途徑中的相關(guān)基因，如:WRKY14、鄰氨基苯甲酸合成酶、吲哚-3-磷酸甘油合成酶、色氨酸合成酶、色氨酸脫羧酶的表達(dá)量明顯上升，最終導(dǎo)致代謝產(chǎn)物5-羥色胺的含量大幅增加。經(jīng)我們分析認(rèn)為5-羥色胺的積累可能激活了植物的免疫防御系統(tǒng)，并引發(fā)了細(xì)胞死亡。生物信息學(xué)分析表明SPL5基因可能編碼剪接因子3b亞基3(splicingfactor3bsubunit3

5、，SF3b3)，參與pre-mRNA的剪接加工過程。利用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)對spl5突變體與野生型對照進(jìn)行可變剪接分析，篩選得到36個(gè)spl5突變體獨(dú)有的可變剪接差異基因，發(fā)現(xiàn)其中有較多基因涉及葉綠體和光合作用，這些基因的剪接異?？赡芤餾pl5突變體中的活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)代謝失衡，誘發(fā)HR。本研究從不同角度分析了SPL5基因的功能，為更好的闡明SPL5基因介導(dǎo)的植物PCD及抗病信號分子機(jī)制打下了堅(jiān)