芜菁花叶病毒对不结球白菜内源激素含量及代谢相关基因转录水平的影响

以不结球白菜感病品种‘矮脚黄’为材料,采用ELISA和Real-time PCR技术研究了芜菁花叶病毒(TuMV)侵染后不结球白菜内源生长素(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和茉莉酸(JA)的动态变化以及内源激素相关基因的表达差异。结果表明:TuMV侵染后,植株发病症状的严重程度与IAA含量呈正相关;光敏色素相关蛋白基因PAP1对IAA的合成起负调控作用。处理植株体内GA3含量及其代谢相关基因,即原表皮因子基因PDF1表达量均明显低于对照植株,而ABA含量则随着接种时间的延长不断积累,始终高于对照植株。且发病症状越严重的植株中,GA3含量越低,ABA含量越高。处理植株JA含量和JA诱导基因,即营养贮藏蛋白基因Vsp1表达量在接种后均出现2次上升,且植株病症越严重,JA含量越低。TuMV侵染后,植株中IAA/ABA和GA3/ABA的值则明显低于对照植株,表明TuMV的侵染破坏了内源激素的平衡,干扰了植物的正常生长发育。     

外源茉莉酸对稻瘟病菌引起褐点型坏死斑的水稻防御响应的影响

[目的]解析外源茉莉酸(JA)对JA合成/响应、水杨酸(SA)合成/受体及防御相关基因表达的影响,为进一步揭示JA调控稻瘟病菌侵染引起褐点型坏死斑的水稻抗病作用机制提供基础数据.[方法]以接种稻瘟病菌菌株Y92-66b后形成褐点型坏死斑的地方中抗水稻月亮谷为研究材料,分别利用400μmol/L JA和200μmol/L JA抑制剂(IBU)外源处理接种稻瘟病菌后引起褐点型坏死斑(72 h)的水稻月亮谷,调查水稻稻瘟病症状,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测JA合成/响应、SA合成/受体、防御和蔗糖/果糖合成酶基因的表达.[结果]外源JA有效减轻了水稻稻瘟病症状.同时,JA诱导水稻JA合成基因OsLOX1、OsOPR1、OsOPR7、OsJIMT、OsHPL3和OsAOS2在72 h时上调表达,至96和120 h时,只有OsAOS2、OsOPR7和OsLOX1上调表达,其余3个基因下调表达;外源JA未诱导OsLOX3表达;JA诱导水稻JA响应基因OsCOI1a、OsMYC2、OsJAZ1、OsJAZ9和OsbHLH35在72 h时上调表达,至120 h时,只有OsCOI1a和OsJAZ1上调表达,其余3个基因均下调表达;外源JA未诱导OsCOI1b和JiOsPR10表达.JA诱导SA受体基因OsNPR4在72 h时显著上调表达(P<0.05,下同),96 h时下调表达,至120 h时又上调表达但不显著(P>0.05).JA诱导SA合成相关基因OsPAD4在72 h时显著上调表达,OsEDS1在120 h时显著上调表达.外源JA诱导防御基因OsPR5在72 h时开始上调表达,至96 h时显著上调表达;外源JA未诱导OsPR4a表达.外源JA诱导参与细胞壁合成的蔗糖合成酶基因OsRSUS1和果糖合成酶基因OsFRK-2表达,IBU则加重了水稻稻瘟病症状,同时抑制大部分JA合成/响应、蔗糖/果糖合成酶和防御基因的表达.[结论]外源JA主要通过诱导稻瘟菌引起的褐点型坏死斑的水稻JA合成/响应基因、参与细胞壁合成的蔗糖/果糖合成酶及防御基因表达参与水稻防御响应.     

茉莉酸等3种因素刺激番茄对LeWRKY1表达的影响分析(英文)

[目的]为了研究LeWRKY1参与植物抗逆反应的分子机理。[方法]采用实时荧光定量PCR技术研究了LeWRKY1在番茄灰霉菌(Botrytis cinerea)侵染、茉莉酸(jasmonic acid,JA)、水杨酸(salicylic acid,SA)刺激时的表达情况。[结果]外源植物激素JA可诱导LeWRKY1的表达,而SA对其无明显诱导作用;番茄灰霉菌侵染可诱导LeWRKY1表达。[结论]LeWRKY1可能通过JA依赖而SA非依赖的信号途径参与番茄对番茄灰霉菌防御反应的应答。     

稻瘟病菌侵染时水稻防御体系对外源茉莉酸的响应分析

[目的]探究特定时期稻瘟病菌与水稻互作对外源茉莉酸(JA)的响应,为揭示稻瘟病菌与水稻互作时水稻防御体系对外源JA响应的分子机制提供理论依据.[方法]以稻瘟病菌株95234I-1b和普通感病水稻品种丽江新团黑谷(LTH)为试验材料,通过外源JA以两种不同的方式(处理1,分别用100和400μmol/L JA处理水稻叶片,6 h后接种95234I-1b菌株;处理2,水稻叶片接种95234I-1b菌株72 h后,分别用100和400μmol/L JA处理水稻叶片)处理与稻瘟病菌互作过程中特定时期的水稻,调查水稻稻瘟病发病症状,并用即时聚合酶链锁反应(qRT-PCR)检测水稻防御相关基因的表达情况.[结果]外源JA的两种不同处理方式均能减轻受侵染水稻稻瘟病发病症状,并诱导水稻防御相关基因不同程度的上调表达.用100和400μmol/L JA喷雾水稻6 h后再接种稻瘟病菌株的诱抗效果分别为15.06%和25.63%;稻瘟病菌株孢子接种水稻72 h再喷雾100和400μmol/L JA的诱抗效果分别为36.60%和47.12%.与对照相比,JA抑制了水稻水杨酸(SA)途径相关基因的大幅上调表达.在一定JA浓度范围内,高浓度JA对SA途径相关基因表达抑制程度高于低浓度JA的抑制程度;高浓度JA诱导JA途径相关基因上调表达幅度高于低浓度JA的诱导程度;高浓度JA诱导PR1a上调表达幅度小于低浓度JA诱导的上调幅度,高浓度JA诱导PR10a上调表达幅度大于低浓度JA诱导的上调幅度.[结论]JA以两种不同的方式处理与稻瘟病菌互作过程中特定时期的水稻,均能诱导水稻病程相关基因和JA途径相关基因上调表达,抑制SA途径相关基因的大幅上调表达,表明水稻防御体系中的病程相关基因及JA途径的相关基因主要参与了水稻防御体系对外源JA的响应.     

玉米幼根接种禾谷镰刀菌后的转录组分析

为研究禾谷镰刀菌侵染后玉米幼根内转录组的变化情况,利用RNAseq对禾谷镰刀菌接种后6和18h的感病玉米自交系Y331分别进行转录组测序,分析接种后玉米幼根内差异表达的基因。结果表明:接种禾谷镰刀菌后,玉米幼根内共有5 153个基因差异表达;在接种后上调表达的聚类中,多种抗病过程相关的基因显著富集,包括苯丙烷类次生代谢物质合成过程的基因以及植物激素水杨酸(Salicylic acid,SA)、茉莉酸(Jasmonic acid,JA)和乙烯(Ethylene,ET)合成、响应及信号介导途径的基因;在下调表达的聚类中,植物生长发育、基础物质和能量代谢相关过程的基因显著富集。进一步分析发现:ET相关过程的基因在聚类1和聚类6中显著富集,均在接种后6h前上调表达;苯丙烷类次生代谢物合成途径相关基因和镰刀烯醇毒素(Deoxynivalenol,DON)解毒相关基因在接种后上调表达。研究表明,SA、JA/ET、苯丙烷类次生代谢物和DON解毒基因在玉米和禾谷镰刀菌互作中发挥重要作用。     

拟南芥AtBT4对灰葡萄孢的抗性机制分析

【目的】揭示AtBT4在拟南芥抗灰葡萄孢中与SA、JA信号途经的相互关系。【方法】利用RT-PCR技术,检测用SA、SA类似物BTH、JA、ACC及灰葡萄孢处理拟南芥野生型Col-0后其AtBT4的表达情况;检测经SA和JA处理后拟南芥SA、JA途径相关突变体AtBT4的表达情况;并检测接种灰葡萄孢后拟南芥野生型Col-0、bt4突变体和回复突变体抗病相关基因的表达情况。【结果】JA处理和接种灰葡萄孢后,拟南芥野生型Col-0中AtBT4的表达明显增强。但经JA处理后,JA不敏感突变体jar1的AtBT4表达变化趋势与野生型明显不同,AtBT4的表达水平不受JA诱导。SA信号途径相关突变体eds5、sid2和npr1中AtBT4的表达明显低于野生型,但变化趋势与野生型基本一致。bt4突变体中抗病相关基因PR1、PR4、PDF1.2和BIK1的表达明显低于野生型和回复突变体。【结论】AtBT4的表达受JA和灰葡萄孢的诱导,AtBT4突变影响抗病相关基因PR1、PR4、PDF1.2和BIK1的表达,AtBT4可能通过SA、JA信号途径影响拟南芥对灰葡萄孢的抗性。     

水稻与水稻内寄生线虫互作机制研究进展

水稻内寄生线虫病是水稻重要病害之一。我国作为水稻重要种植区,长期受该类线虫病危害,产量损失无法统计,且国内相关研究存在较大真空。水稻潜根线虫、水稻根结线虫和水稻干尖线虫为我国水稻种植区重要的线虫病害,近年来对它们与水稻互作机制的研究已取得较大进展。水稻内寄生线虫通过机械损伤和分泌多种效应蛋白改变寄主细胞结构与功能侵染水稻。水稻则主动调节其代谢水平、营养配置、细胞壁修饰酶编码基因以及防卫相关基因表达水平来抵抗水稻内寄生线虫的侵染。水杨酸(SA)途径、茉莉酸甲酯(JA)途径为水稻抵抗该类线虫侵染的主要激素途径。乙烯(ET)在水稻抵抗RKNs中依赖完整的JA途径,而在抵抗RRNs时,则不依赖JA途径。外源性脱落酸(ABA)通过与SA/JA/ET途径拮抗使水稻对RRNs的亲和性增强。本文介绍了我国水稻种植区内3种主要的内寄生线虫病,并对其致病机制、水稻抗该类线虫病机理及植物激素在其互作中的作用进行了概述,对研究水稻内寄生线虫病的防治具有重要理论意义,为深入研究开发水稻抗线虫资源奠定基础。     

湖北海棠病程相关蛋白MhPR8基因的克隆与表达

【目的】从湖北海棠叶片中克隆植物第Ⅲ类几丁质酶基因PR8的cDNA序列和基因组DNA序列,研究化学试剂SA、MeJA、ACC、ABA,非生物胁迫NaCl和低温（4℃）,生物胁迫苹果轮纹病病原菌和苹果蚜虫诱导下MhPR8基因的表达特性。【方法】利用PCR技术分别从SA诱导的湖北海棠全长cDNA文库和基因组DNA中克隆MhPR8基因全长序列;利用生物信息学方法对其进行结构和功能的初步分析;利用实时荧光定量RT-PCR技术分析该基因的表达特性。【结果】该基因编码区为897 bp,编码298个氨基酸,蛋白质分子量为31.67 kD,等电点为4.77,命名为MhPR8。该基因在其编码区内部没有内含子。MhPR8蛋白含有保守的结构域GH18_hevamine_XipI_class_III,属于第III类几丁质酶。该蛋白含有6个保守的半胱氨基酸残基,含有植物第III类几丁质酶起催化作用的天冬氨酸和谷氨酸,分别位于第151和153位氨基酸。qRT-PCR分析结果表明,该基因在湖北海棠根中的表达量最大;SA、MeJA和ACC明显诱导该基因的表达,ABA略微诱导该基因的表达;低温诱导该基因的表达,而NaCl诱导该基因的表达不明显;生物胁迫苹果轮纹病病原菌和苹果蚜虫诱导该基因的表达。【结论】湖北海棠MhPR8可能参与SA、JA/ET介导的信号通路中,在湖北海棠抵抗生物胁迫和非生物胁迫中起着非常重要的作用。     

金针菇JA/SA信号通路基因鉴定及其对外源JA/SA应答

本研究鉴定了金针菇茉莉酸(JA)信号通路的4个关键基因:COI1、PDF1.2、MYC2-1、MYC2-2与水杨酸(SA)信号通路的4个关键基因:PR1-1、PR1-2、NPR1-1、NPR1-2。NBT染色法和荧光定量结果表明,金针菇JA/SA信号通路可应答外源JA/SA,50μmol·L~(-1)外源JA和500μmol·L~(-1)外源SA处理金针菇菌丝12h可显著提高JA/SA信号通路基因的转录水平,基因PDF1.2响应JA诱导最明显,可作为JA信号通路标记基因;JA/SA信号转导途径间存在协同或拮抗作用:SA信号转导通路中NPR1蛋白对JA信号转导通路中PDF1.2基因表达有抑制作用,外源JA/SA的相对浓度决定其作用的强弱。     

拟南芥AtBT4在抵抗Pst DC3000侵染过程中的功能

为明确拟南芥AtBT4基因在抵抗Pst DC3000侵染过程中的功能,本研究检测AtBT4基因的T-DNA插入突变体bt4和bt4-1、回复突变体CE和超表达突变体OE对Pst DC3000的敏感性,结果发现,bt4、bt4-1突变体感病症状较为严重、病菌cfu值明显增强、胼胝质含量明显降低,表明AtBT4基因在拟南芥抵抗Pst DC3000侵染过程中发挥正调控的作用。利用Real-time PCR技术,检测野生型和突变体bt4、bt4-1、CE、OE接种Pst DC3000后SA、JA/ET信号途径关键基因ICS1、NPR1、JAR1、PDF1.2的表达情况,发现bt4和bt4-1突变体中各基因的表达水平显著低于野生型、回复突变体和超表达突变体,表明AtBT4基因正调控ICS1、NPR1、JAR1、PDF1.2的表达。由此推测,AtBT4基因通过调控SA、JA/ET信号途径影响拟南芥对Pst DC3000的抗性。研究结果为进一步阐明AtBT4基因调控拟南芥抵抗Pst DC3000侵染的分子机制奠定了良好基础。     

Jasmonic acid and ethylene signaling pathways participate in the defense response of Chinese cabbage to Pectobacterium carotovorum infection

Chinese cabbage(Brassica rapa subsp. pekinensis) suffers from soft rot disease caused by Pectobacterium carotovorum(Pc). To uncover the mechanisms underlying the defense response of Chinese cabbage to Pc, we constructed a suppression subtractive hybridization(SSH) library from Pc-infected cabbage and obtained 1 919 non-redundant expressed sequence tags(ESTs), which were used for cDNA microarray. We detected 800 differentially expressed genes(DEGs) in cabbage at different time points post-Pc inoculation, which were further confirmed by quantitative real-time PCR. One quarter of these DEGs were involved in the biotic stress pathways visualized by MapMan. Among them, 8, 8, 1, 3, and 2 DEGs were related to jasmonic acid(JA), ethylene(ET), JA+ET, auxin, and abscisic acid(ABA) signaling pathways, respectively, while no DEG was detected for salicylic acid(SA) signaling. Assessment of phytohormone production in the Pc-infected leaves showed that JA and ET production was increased, while SA production was decreased. Treatment with JA, methyl jasmonate(MeJA), the ET precursor 1-aminocyclopropane-1-carboxylate(ACC), or combinations thereof, reduced the disease severity, and the JA and JA+ACC treatments were superior and performed equally well. Our findings suggest that JA and ET may act synergistically against Pc infection in Chinese cabbage, and JA-mediated signaling might be the most significant.     

拟南芥T1N6_22在抵抗Pst DC3000侵染过程中的功能分析

【目的】明确拟南芥抗灰霉病基因T1N6_22在抗Pst DC3000过程中的功能,分析T1N6_22影响拟南芥对Pst DC3000的抗性原因。【方法】对t1n6_22突变体和转基因回复突变体（t1n6_22/T1N6_22）接种Pst DC3000,检测其症状;采用间苯胺蓝染色法检测接种突变体中胼胝质的积累情况;测定接种叶片中Pst DC3000的生长量,明确T1N6_22在拟南芥抗Pst DC3000过程中的功能。利用RT-PCR技术,检测SA、JA和ET对T1N6_22表达的影响及T1N6_22对抗病防御相关基因表达的影响;利用quantitative real-time PCR技术,检测Pst DC3000对T1N6_22及抗病相关基因表达的影响,分析T1N6_22影响拟南芥对Pst DC3000的抗性原因。【结果】t1n6_22突变体接种Pst DC3000后表现明显的抗病症状,而回复突变体t1n6_22/T1N6_22和拟南芥野生型表现明显的感病症状。SA处理拟南芥野生型,T1N6_22的表达量明显增强,经JA和ACC处理,该基因的表达量无显著变化。t1n6_22突变体中,PAL、PR4、PPO、SOD和CAT的表达水平均明显高于野生型Col-0和转基因回复植株。接种Pst DC3000后,拟南芥野生型中T1N6_22及抗病相关基因PR1、PR3、PR5和PDF1.2的表达量明显增强。【结论】T1N6_22在拟南芥抗Pst DC3000过程中起负调控作用,T1N6_22的表达受SA诱导,可能主要通过调节植物的次生代谢产物的分泌影响拟南芥对Pst DC3000的抗性。     

大豆疫霉效应因子PsCRN115诱导烟草抗性的机制分析

CRN(crinkling and necrosis induced protein)蛋白是卵菌所特有的一类效应因子,在已经测序的疫霉种中,每个基因组中预测都含有上百个CRN基因,关于其功能和分子机制目前研究不多。前期研究发现,大豆疫霉效应因子PsCRN115是大豆疫霉的致病性必需因子且能抑制植物的细胞死亡。为了进一步研究PsCRN115的功能,本研究采用农杆菌渗入法介导的基因瞬时转化技术在烟草上过表达该基因,发现PsCRN115可显著提高烟草对烟草疫霉的抗性。随后采用荧光定量PCR研究了其作用机制,发现PsCRN115可诱导水杨酸(SA)通路防卫反应基因的高表达,但对乙烯(ET)和茉莉酸(JA)通路防卫反应基因的表达影响不显著。表明:大豆疫霉效应因子PsCRN115是致病必需的因子,能被植物所识别,并诱导植物的防卫反应。     

山海关杨PdERF-18转录因子的表达特征分析

对一个溃疡病茼Botryosphaeria dothidea胁迫相关的山海关杨Populus deltoides‘Shanghaiguan’乙烯反应因子（ethylene responsive factors,ERFs）基因——PdEh’F-18基因的系统发育、编码产物结构以及多种胁迫下的表达模式进行了分析。结果表明：PdERF-18基因编码产物属于ERF转录因子家族B-6类群,具有植物ERF转录因子的典型结构,但它与转录调控功能密切相关的AP2／ERF结构域第19位氨基酸位点发生替换,推测PdERF-l8基因可能具有不同于其他典型ERF转录因子的功能;实时定量分析表明：溃疡病茼、根癌农杆茼Agrobacteriumtumefaciens（Rhizobiumradiobacter）,脱水、机械胁迫、盐胁迫和高温处理、莱莉酸以及水杨酸处理均可诱导Pr,ERFl8基因的上调表达。其中溃疡病茼与莱莉酸处理以及根癌农杆茼与水杨酸处理下,杨树Pr／ERF-18基因分别具有相似的表达特征,显示溃疡病茼、根癌农杆茼侵染的信号转导可能分别与莱莉酸／乙烯途径、水杨酸信号传导途径有关。Pr,ERFl8基因可以对多种非生物、生物胁迫产生响应,Pr／ERF-18基因有可能作为一种新的遗传资源而应用于杨树抗性遗传改良。图4参30     

烟草PR3b转录后剪切元件NRSE1与GUS融合表达后的可变剪切

【目的】烟草（Nicotiana tabacum L.）碱性几丁质酶基因PR3b在低烟碱突变体（nic1和nic2）中存在转录后mRNA可变剪切现象,但其可变剪切的发生机制仍不清楚。将PR3b的可变剪切元件NRSE1（nicotine- synthesis related splicing element 1）与GUS融合表达,分析NRSE1元件的独立可变剪切特性,以揭示其作用机制。【方法】利用PCR扩增方法获得PR3b cDNA序列中的NRSE1元件片段,并利用基因重组技术构建了烟草PR3b可变剪切元件NRSE1与GUS的融合表达载体。将融合表达载体导入农杆菌LBA4404后,通过农杆菌介导的叶盘转化法培育了表达NRSE1与GUS融合子的低烟碱突变体nic1和nic2及野生型烟草转基因植株;通过RT-PCR检测及GUS染色鉴定出阳性植株后,利用RT-PCR分析NRSE1与GUS融合表达后在低烟碱突变体和野生型烟草中的可变剪切特性;对转基因植株的幼苗进行乙烯（ET）和茉莉酸（JA）处理,通过GUS染色方法分析ET和JA处理对转基因植株中GUS活性的影响,并通过RT-PCR方法分析ET和JA处理对转基因植株中NRSE1与GUS融合子的可变剪切特性影响,以及对转基因植株中NRSE1与GUS融合子表达水平的影响。【结果】通过RT-PCR检测及GUS染色鉴定出表达NRSE1元件与GUS融合子的低烟碱突变体和野生型烟草转基因植株;RT-PCR检测及测序分析证明,NRSE1元件与GUS融合表达后仍能在低烟碱突变体发生高水平的可变剪切,剪切修饰区段的序列变化与烟草中PR3b的mRNA可变剪切修饰一致;利用ET和JA处理转基因植株进行的GUS染色表明,ET和JA处理对转基因植株的GUS活性有不同程度的影响;但利用ET和JA处理转基因植株进行的RT-PCR分析表明,ET和JA处理不改变NRSE1元件原有的诱导剪切特性,也不影响转基因植株中NRSE1元件与GUS融合子的表达水平。【结论】PR3b的可变剪切元件NRSE1与GUS在烟草中融合表达后,仍能在低烟碱突变体nic1和nic2中发生高水平的可变剪切;NRSE1在烟草中的可变剪切不依赖PR3b的其他mRNA区段,是烟草PR3b发生可变剪切的独立元件;ET和JA处理对NRSE1元件与GUS融合表达植株的GUS活性具有一定影响,可能存在翻译水平的调控作用。     

Expression and functional analyses of the mitogen-activated protein kinase(MPK) cascade genes in response to phytohormones in wheat (Triticum aestivum L.)

Mitogen-activated protein kinase(MPK) cascades consist of a set of kinase types(MPKKKs,MPKKs,MPKs) to establish conserved signal-transducing modules mediating plant growth,development as well as responses to internal and external cues.In this study,the expression patterns of six MPKKK,two MPKK,and 11 MPK genes in wheat in responses to external treatments of phytohormones,including naphthylacetic acid(NAA),abscisic acid(ABA),6-benzyladenine(6-BA),gibberellin(GA_3),salisylic acid(SA),jasmonic acid(JA),and ethylene(ETH),were investigated.Expression analysis revealed that several of the MPK cascade genes are responses to the external phytohormone signaling.Of which,TaMPKKKA;3is induced by 6-BA and NAA while TaMPK4 repressed by ETH,GA_3,SA,and JA;TaMPKKKA,TaMPKKKA;3 and TaMPK1 are down-regulated by ETH and GA_3whereas TaMPK9 and TaMPK12 repressed by ETH and JA in addition that TaMPK12 also repressed by GA_3;TaMPK12;1 is down-regulated by ABA,GA_3 and SA while TaMPK17 repressed by all exogenous phytonormones examined.TaMPK4,a MPK type gene previously characterized to mediate tolerance to phosphate(Pi)deprivation,was functionally evaluated for its role in mediation of responses of plants to exogenous GA_3,ETH,SA,and JA.Results indicated that overexpression and antisense expression of TaMPK4 in tobacco dramatically modify the growth of seedlings upon treatments of GA_3,SA and JA,in which the overexpressors behaved deteriorated growth feature whereas the seedlings with antisense expression of TaMPK4 exhibited improved seedling phenotype.The growth behaviors in lines overexpressing or antisensely expressing TaMPK4 are closely associated with the biomass and the corresponding hormone-associated parameters.These results demonstrated that TaMPK4 acts as a critical player in mediating the phytohormone signaling.Our findings have identified the phytohormone-responsive MPK cascade genes in wheat and provided a connection between the phytohormone-mediated responses and the MPK cascade pathways.