磷酸-1-鞘氨醇在植物抗病反應(yīng)中的作用及水稻和擬南芥BIK1在逆境反應(yīng)中的功能分析.pdf

1、植物的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程就是和病原菌、環(huán)境相互適應(yīng)、相互斗爭(zhēng)的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，涉及了復(fù)雜的信號(hào)傳導(dǎo)途徑的協(xié)同作用。本研究中，我們分離克隆了水稻中與鞘氨醇-1-磷酸代謝相關(guān)的鞘氨醇激酶基因OsSPK1和OsSPK2及鞘氨醇-1-磷酸裂解酶基因OsSPL1、一個(gè)與受體類(lèi)激酶同源基因OsBIK1，并對(duì)上述基因進(jìn)行了功能分析，同時(shí)對(duì)擬南芥BIK1在磷營(yíng)養(yǎng)調(diào)控中的作用進(jìn)行了研究。
　　 鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-p

2、hosphate，S1P)在植物抗逆反應(yīng)中起重要作用，但是在抗病反應(yīng)調(diào)控中的作用仍然不清楚。為了研究SIP在植物抗病反應(yīng)調(diào)控中的作用，分離鑒定了水稻SIP激酶基因OsSPK1和SIP裂解酶基因OsSPL1。RT-PCR分析表明，水楊酸、苯并噻二唑、ACC和茉莉酸等抗病信號(hào)分子處理能誘導(dǎo)OsSPK1的表達(dá)，但OsSPL1的表達(dá)略有下降；在水稻與稻瘟病菌的非親和性互作反應(yīng)中OsSPK1表達(dá)上調(diào)，但在親和性互作中其表達(dá)沒(méi)有明顯變化。分別構(gòu)建了

3、過(guò)量表達(dá)水稻OsSPK1和OsSPL1的轉(zhuǎn)基因煙草株系?？共⌒詼y(cè)定表明，過(guò)量表達(dá)OsSPK1轉(zhuǎn)基因植株提高煙草花葉病毒病(tobacco mosaic virus，TMV)和野火病(Pseudomonas syringae pv.tabacci)抗性，PR-1、PR-2、PR-3和PR-5等防衛(wèi)基因表達(dá)上調(diào)，而過(guò)量表達(dá)OsSPL1的轉(zhuǎn)基因植株降低TMV和野火病抗性。進(jìn)一步比較了OsSPK1和OsSPL1轉(zhuǎn)基因煙草植株的過(guò)敏性細(xì)胞死亡差異

4、，發(fā)現(xiàn)注射20μM腐馬霉素(fumonisin B1，F(xiàn)B1)處理后，在OsSPK1轉(zhuǎn)基因植株葉片中沒(méi)有觀察到顯著細(xì)胞壞死斑，而在OsSPL1轉(zhuǎn)基因植株葉片上呈現(xiàn)出明顯的過(guò)敏性細(xì)胞壞死斑。FB1處理前，相比于野生型植株葉片，OsSPK1轉(zhuǎn)基因植株葉片中細(xì)胞死亡程度減輕，而OsSPL1轉(zhuǎn)基因植株葉片中細(xì)胞死亡加重；FB1注射處理后，在OsSPK1轉(zhuǎn)基因植株葉片中細(xì)胞死亡被抑制，而OsSPL1轉(zhuǎn)基因植株葉片中細(xì)胞死亡加劇。這些結(jié)果暗示，由于

5、過(guò)量表達(dá)OsSPK1或OsSPL1而改變SIP代謝后會(huì)引起轉(zhuǎn)基因植株葉片中過(guò)敏性細(xì)胞死亡的發(fā)生。此外，過(guò)量表達(dá)OsSPK1轉(zhuǎn)基因植株降低ABA敏感性，提高氧化脅迫，但抗鹽性沒(méi)有明顯變化；而OsSPL1轉(zhuǎn)基因煙草植株提高了ABA敏感性，降低氧化脅迫和抗鹽性。這些結(jié)果表明，SIP代謝基因(或SIP本身)參與對(duì)抗病反應(yīng)、過(guò)敏性細(xì)胞死亡以及抗逆反應(yīng)的調(diào)控。
　　 AtBIK1編碼一個(gè)受體樣蛋白激酶，參與擬南芥對(duì)壞死性真菌病害抗性調(diào)控。但

6、是，bik1突變體的根系在表型上類(lèi)似于磷營(yíng)養(yǎng)突變體。本文研究了BIK1是否參與調(diào)控?cái)M南芥磷營(yíng)養(yǎng)及其可能的機(jī)制。RT-PCR和PBIK1::GUS分析表明，在缺磷條件下，AtBIK1被強(qiáng)烈地誘導(dǎo)；缺磷時(shí)，植株各個(gè)部位可以檢測(cè)到GUS活性，雖然在正常磷營(yíng)養(yǎng)條件下，側(cè)根、主根、莖和部分葉片中檢測(cè)到GUS活性，但缺磷條件下的活性更強(qiáng)。缺磷條件下，bik1突變體的側(cè)根數(shù)量和長(zhǎng)度、根毛數(shù)量和長(zhǎng)度都比野生型顯著增加，而主根生長(zhǎng)并沒(méi)有顯著的區(qū)別。bik

7、1植株中，葉片和根部中總磷含量增加，花青素含量升高，酸性磷酸酶活性降低，磷饑餓誘導(dǎo)基因的表達(dá)顯著抑制。在缺磷的條件下，bik1植株內(nèi)的過(guò)氧化氫量和超氧陰離子含量顯著增加，miR399表達(dá)水平受到抑制。在正常磷和低磷條件下，Botrytis cinera和Alternaria brassicicola接種后，缺磷條件下bik1突變體植株上發(fā)病加快。這些結(jié)果表明，BIK1在植物磷營(yíng)養(yǎng)中起重要作用，可能與m1R399有關(guān)，而且磷營(yíng)養(yǎng)狀況影響到

8、植物對(duì)壞死性真菌病害的抗性表型。
　　 擬南芥BIK1基因參與灰霉病抗病性調(diào)控。本文中，我克隆了水稻BIK1基因的同源基因OsBIK1。BTH、SA、ACC和JA等抗病信號(hào)分子能激活OsBIK1基因的表達(dá)，且在水稻與稻瘟病菌的非親和性互作反應(yīng)中OsBIK1基因上調(diào)表達(dá)。OsBIK1基因能互補(bǔ)擬南芥bik1突變體的功能。過(guò)量表達(dá)OsBIK1轉(zhuǎn)基因水稻不僅長(zhǎng)勢(shì)比非轉(zhuǎn)基因的植株好，提高了對(duì)稻瘟菌的抗性。此外，過(guò)量表達(dá)OsBIK1的轉(zhuǎn)基